KR20180071872A - MEMS piezoelectric sensor, Energy storage device using MEMS piezoelectric sensor, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a MEMS piezoelectric sensor, and more particularly, to a MEMS piezoelectric sensor having a self-power generation function, an energy storage device using the MEMS piezoelectric sensor, and a manufacturing method thereof. The MEMS piezoelectric sensor according to the present invention is advantageous in that a manufacturing process is easy and a manufacturing method of an upper electrode layer and a lower electrode layer as well as a piezoelectric thin film layer is improved in order to increase the energy harvesting efficiency. In addition, since the piezoelectric thin film layer and the electrode layer are manufactured by the ink jet printing technique, the manufacturing process is simple, and expensive deposition equipment is not required, so that the MEMS piezoelectric sensor can be manufactured at a low manufacturing cost. As a material of the electrode layer, a nano ink including nano particles such as Ag, Au, Ti, Pt, Al, Ga, In, Sn, Re, W, Cr, Mo, or Pd is prepared as a thin film through the inkjet printing technique so that an electrode of a single layer or a multi-layer can be formed and manufactured according to purpose.

Description

멤스 압전센서, 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치, 그리고 그 제조 방법{MEMS piezoelectric sensor, Energy storage device using MEMS piezoelectric sensor, and manufacturing method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MEMS piezoelectric sensor, an energy storage device using the MEMS piezoelectric sensor,

본 발명은 멤스 압전센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자가 발전 가능한 멤스 압전센서와, 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS piezoelectric sensor, and more particularly, to a MEMS piezoelectric sensor capable of self-power generation, an energy storage device using a MEMS piezoelectric sensor, and a method of manufacturing the same.

일반적으로 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기술은 진동, 음파, 운동, 열, 빛, 주파수 에너지 등 주위의 버려지는 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술을 일컫는다. 다양한 에너지 하베스팅 기술을 사용하여 소비되는 에너지를 전기 에너지로 변환하고자 하는 기술이 개발되고 있다. 진동 및 음파 에너지는 압전 소자로, 열 에너지는 열전 소자로, 그리고 빛 에너지는 태양 전지 등의 소자를 사용하여 전기 에너지로 변환된다.Generally, energy harvesting technology refers to the technology of converting energy from the surrounding abandoned energy such as vibration, sound waves, motion, heat, light, and frequency energy into electric energy. Techniques are being developed to convert energy consumed into electrical energy using a variety of energy harvesting techniques. Vibration and sonic energy are converted into electrical energy using piezo elements, thermal energy as thermoelectric elements, and light energy as solar cells.

특히, 진동 및 음파 에너지 하베스팅에는 퀴리 온도(Curie temperature) 이하에서 자발적 분극(polarization)을 지니고, 전기 쌍극자(electric dipole)가 영역(domain)이라 부르는 곳에서 스스로 배열되는 특성을 가진 강유전성 물질을 사용한 압전 효과(piezoelectric effect)를 이용한 압전체를 매개로 기계적 에너지와 전기적 에너지의 상호 변환 기술이 주로 사용된다.Particularly, vibration and sound energy harvesting uses a ferroelectric material having a spontaneous polarization below the Curie temperature and having a self-aligned property where the electric dipole is called a domain Techniques of converting mechanical energy to electrical energy through a piezoelectric body using a piezoelectric effect are mainly used.

상기의 압전체를 사용한 에너지 하베스팅 기술은 작은 진동, 음파 등을 전기 에너지로 변환하는데 용이하며, 주위 환경에 따라 빛, 자기/전기, 열 등이 없는 장소나 시간 등에 구애받지 않고, 진동, 압력, 바람 등이 부는 곳이라면 전기 에너지를 수확할 수 있는 이점이 있다. The energy harvesting technique using the piezoelectric material described above can easily convert small vibrations and sound waves into electric energy and can be applied to various fields such as vibration, There is an advantage of harvesting electrical energy if the wind is blowing.

한편, 압전체를 이용한 에너지 하베스팅 센서(sensor) 제작 기술은 적용하고자 하는 곳에 따라 매크로 타입(macro type)과 마이크로 타입(micro type)으로 구분하여 제작 및 사용하고 있다. 미소 전기 에너지를 수확하기 위해서는 마이크로 타입의 미세 전자 기계 시스템(Micro Electro Mechanical System : MEMS, 이하 멤스로 기재함) 기술을 이용한 압전체 센서가 적용되고 있다.Meanwhile, an energy harvesting sensor manufacturing technology using a piezoelectric body is divided into a macro type and a micro type according to the application. In order to harvest minute electric energy, a piezoelectric sensor using a micro-type micro electro mechanical system (MEMS) technology has been applied.

압전체를 사용하여 수확된 전기 에너지는 축전 소자인 2차 전지에 축전되어 전력이 필요한 센서 등의 감시 장치, 무선 인터페이스(interface)를 가진 스마트(smart) 기기, 제어 장치 등의 전원으로서 공급될 수 있다.The electric energy harvested by using the piezoelectric body can be supplied as a power source for a monitoring device such as a sensor requiring electric power, a smart device having a wireless interface, a control device, etc., stored in a rechargeable battery, which is a charging device .

종래의 캔틸레버 등의 마이크로 타입의 멤스 에너지 하베스터의 경우, 납을 함유하는 압전 박막층을 사용하고 있고, 제조 공정에서 고비용의 장비를 사용하여 전극 및 압전 박막층을 증착하므로 제작 공정이 복잡하여 단가가 높아지는 문제점이 있다.In the case of a conventional MEMS energy harvester such as a cantilever, a piezoelectric thin film layer containing lead is used. Since the electrode and the piezoelectric thin film layer are deposited using expensive equipment in the manufacturing process, the manufacturing process is complicated, .

KRKR 10-2010-007397210-2010-0073972 AA KRKR 10-2012-002332910-2012-0023329 AA KRKR 10-130890810-1308908 B1B1

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 제조 공정이 수월한 동시에 에너지 수확 효율을 높이기 위해 압전 박막층을 비롯한 상부 전극층 및 하부 전극층 등의 형성 방법을 개선하여 종래에 비해 간단한 공정과 저렴한 비용으로 제작 가능한 멤스 압전센서 및 그 제조방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a method of forming an upper electrode layer and a lower electrode layer including a piezoelectric thin film layer in order to facilitate energy- And a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명은 압전에너지 발생 및 수확을 위해 사용하는 압전체 및 전극박막의 제조공정이 간단하고, 고가의 증착 장비를 필요로 하지 않으므로 저렴한 제조비용으로 제조 가능한 멤스 압전센서 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a MEMS piezoelectric sensor and a method of manufacturing the same that can be manufactured at a low manufacturing cost since a manufacturing process of a piezoelectric body and an electrode thin film used for generating and harvesting piezoelectric energy is simple and does not require expensive deposition equipment .

또한, 본 발명은 종래의 압전체 및 전극 재료를 간단한 수열합성법 및 졸/겔 법으로 제조된 나노입자를 사용하여 압전체 및 전극을 잉크젯 프린팅(Ink-Jet Printing) 기법을 통해 제조 가능한 멤스 압전센서 및 그 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a MEMS piezoelectric sensor and a MEMS piezoelectric sensor capable of manufacturing a piezoelectric substance and an electrode material using an ink jet printing technique using nanoparticles prepared by a simple hydrothermal synthesis method and a sol / gel method, And a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명은 압전 박막층의 재료로서, 티탄산 바륨(BTO), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 및 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 인듐(In) 등이 도핑된 산화아연(ZnO)을 포함하는 압전 특성을 갖는 재료로부터 선택된 어느 하나 또는 그 이상의 재료를 이용하며, 재료에 용매와 점도 개선제 및 분산성 개선제 등을 혼합하여 화학적인 합성법인 졸/겔 법 또는 마이크로 오븐 등을 사용한 제조 방법 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition), 전기로(Furnace)를 이용하여 제조된 압전 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법으로 압전박막 및 전극 일체를 형성 및 제조할 수 있는 제조방법을 제공한다.(BTO), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), and lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), and beryllium (Be) as a material of the piezoelectric thin film layer. (ZnO) doped with at least one material selected from the group consisting of magnesium (Mg), aluminum (Al), palladium (Pd), nickel A solvent is mixed with a viscosity-improving agent and a dispersibility-improving agent in a solvent, and the sol-gel method or a micro-oven, chemical vapor deposition (CVD), or an electric furnace The present invention provides a manufacturing method capable of forming and manufacturing a piezoelectric thin film and an electrode integrally by using the ink jet printing technique of the manufactured piezoelectric nano ink.

또한, 본 발명은 전극 제조 재료로서 은(Ag), 금(Au), 티타늄(Ti), 플래티넘(Pt), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn), 레늄(Re), 텡스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd) 등의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법으로 박막화하여 목적에 맞게 단일층 내지 복합층으로 전극을 형성 및 제조할 수 있는 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing an electrode, comprising the steps of: forming a first electrode made of a material selected from the group consisting of Ag, Au, Ti, Pt, Al, Ga, Nano ink containing nanoparticles such as Re, Tungsten, Cr, Mo, and Pd can be thinned by inkjet printing to form a single layer or multiple layers Can be formed and produced by the method of the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멤스 압전센서는 기판부와; 상기 기판부에 일 측 지지되고, 타 단은 소정길이 연장된 지지층과; 상기 지지층 상에 형성되는 하부 전극층과; 상기 하부 전극층 상에 형성되는 압전 박막층과; 상기 압전 박막층 상에 형성되는 상부 전극층;을 구비하고, 상기 하부 전극층 및 상부 전극층은 오믹 또는 쇼트키 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 분사하여 형성되고, 상기 압전 박막층은 압전 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 분사하여 형성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a MEMS piezoelectric sensor comprising: a substrate; One end of which is supported by the base portion and the other end of which is extended by a predetermined length; A lower electrode layer formed on the supporting layer; A piezoelectric thin film layer formed on the lower electrode layer; And an upper electrode layer formed on the piezoelectric thin film layer, wherein the lower electrode layer and the upper electrode layer are formed by spraying nano ink containing nanoparticles having ohmic or Schottky contact characteristics, and the piezoelectric thin film layer has piezoelectric characteristics Is formed by spraying nano ink containing nanoparticles.

상기 압전 박막층은 적어도 상기 하부 전극층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 하부 전극층의 측면 일부가 노출되게 형성되며, 상기 상부 전극층은 적어도 상기 압전 박막층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 압전 박막층의 측면이 노출되게 형성되는 것이 바람직하다.Wherein the piezoelectric thin film layer is formed so as to occupy at least a part of the upper surface of the lower electrode layer and at least a side surface portion of the lower electrode layer is exposed and the upper electrode layer is formed to occupy at least a part of the upper surface of the piezoelectric thin film layer, It is preferable that the side surface of the thin film layer is formed to be exposed.

또한, 상기 기판부는 실리콘으로 이루어진다.Further, the substrate portion is made of silicon.

상기 지지층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The support layer may be formed of any one of silicon oxide and silicon nitride.

상기 지지층은 상기 기판부와 일체로 형성된 기판층과, 상기 기판층 상에 형성되는 표면층을 포함한다.The support layer includes a substrate layer formed integrally with the substrate portion, and a surface layer formed on the substrate layer.

상기 상부 전극층과 상기 하부 전극층 중 어느 하나는 쇼트키(Schottky) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속되고, 나머지 하나는 오믹(Ohmic) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속된다.One of the upper electrode layer and the lower electrode layer is connected to transmit an electric signal generated in the piezoelectric thin film layer through a Schottky contact electrode and the other is formed in the piezoelectric thin film layer through an ohmic contact electrode Lt; / RTI >

상기 쇼트키 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자를 함유하는 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 형성된 단일층 내지 복합층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된다.The Schottky contact electrode may be formed of a single layer or a multiple layer structure formed by an ink-jet printing technique using a nano ink containing at least one kind of nanoparticles of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, As shown in Fig.

상기 오믹 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 형성된 Ti-Au, Ti-Pt, Pt-Ga, In-Au 중 선택된 어느 하나의 2중층 구조 또는 Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au, Re-Ti-Au 중 선택된 어느 하나의 3중층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된다.The ohmic contact electrode may be formed of at least one of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn, Mo, Layer structure of any one selected from the group consisting of Ti-Al-Pt-Ga, In-Au or any one of Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au and Re- do.

상기 압전 박막층은 지르콘산(ZO), 바륨이 도핑된 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나 이상으로 형성된다.The piezoelectric thin film layer may be formed of at least one selected from the group consisting of zirconate (ZO), barium-doped zirconate (ZO), zinc oxide magnesium (ZnOMg), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO) ), And iron (III) oxide (FeO3ZnO).

한편, 상기 압전 박막층은 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(STO), 중 어느 하나로 형성되는 하부막과, 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The piezoelectric thin film layer may be formed of a lower film formed of barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO) or barium titanate (STO), and a lower film made of zirconate (ZO), zinc oxide magnesium (ZnOMg), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO), lithium sulfate (Li2SO4), and iron trioxide oxide (FeO3ZnO).

그리고, 상기 상부 전극층에 접속되는 접속용 배선과, 상기 접속용 배선에 접속되는 연결용 배선을 더 구비하고, 상기 상부 전극층과 상기 접속용 배선 및 상기 연결용 배선은 Au, Al, In 중 어느 하나 이상으로 형성된다.The upper electrode layer, the connection wiring, and the connection wiring may further include at least one of Au, Al, and In, and the upper electrode layer, the connection wiring, and the connection wiring may further include a connection wiring connected to the upper electrode layer and a connection wiring connected to the connection wiring. Or more.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치는 멤스 압전센서와; 상기 멤스 압전센서에서 발생하는 전기에너지를 에너지 저장부에 저장하기 위한 충전 회로부와; 상기 에너지 저장부에 저장된 전기에너지를 타 전기장치로 공급하기 위한 방전 회로부;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy storage device using a MEMS piezoelectric sensor, including: a MEMS piezoelectric sensor; A charging circuit unit for storing electric energy generated in the MEMS piezoelectric sensor in an energy storing unit; And a discharge circuit unit for supplying electric energy stored in the energy storage unit to another electric device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멤스 압전센서 제조방법은 서로 대향되는 상부와 하부에 각각 제1면과 제2면이 마련된 기판부를 준비하는 단계와; 상기 기판부의 제1면과 제2면에 각각 설정된 패턴의 지지층과 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 지지층 상에 오믹 또는 쇼트키 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 하부 전극층을 형성하는 단계와; 상기 하부 전극층 상에 압전 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 압전 박막층을 형성하는 단계와; 상기 압전 박막층 상에 쇼트키 또는 오믹 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 상부 전극층을 형성하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a MEMS piezoelectric sensor, including: preparing a substrate unit having a first surface and a second surface, the first surface and the second surface being opposed to each other; Forming a support layer and a buffer layer on a first surface and a second surface of the substrate portion, respectively; Forming a lower electrode layer on the support layer by spraying nano ink containing nanoparticles having ohmic or Schottky contact properties by an inkjet method; Forming a piezoelectric thin film layer by spraying a nano ink containing nanoparticles having piezoelectric properties on the lower electrode layer by an inkjet method; And forming an upper electrode layer by jetting a nano ink containing nanoparticles having a Schottky or Ohmic contact property on the piezoelectric thin film layer by an inkjet method.

상기 압전 박막층은 적어도 상기 하부 전극층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 하부 전극층의 측면 일부가 노출되게 형성되며, 상기 상부 전극층은 적어도 상기 압전 박막층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 압전 박막층의 측면이 노출되게 형성된다.Wherein the piezoelectric thin film layer is formed so as to occupy at least a part of the upper surface of the lower electrode layer and at least a side surface portion of the lower electrode layer is exposed and the upper electrode layer is formed to occupy at least a part of the upper surface of the piezoelectric thin film layer, The side surface of the thin film layer is formed to be exposed.

상기 기판부는 실리콘으로 이루어진다.The substrate portion is made of silicon.

상기 지지층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 중 어느 하나로 형성된다.The support layer is formed of any one of silicon oxide and silicon nitride.

상기 지지층은 상기 기판부와 일체로 형성된 기판층과, 상기 기판층 상에 형성되는 표면층을 포함한다.The support layer includes a substrate layer formed integrally with the substrate portion, and a surface layer formed on the substrate layer.

상기 상부 전극층과 상기 하부 전극층 중 어느 하나는 쇼트키(Schottky) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속되고, 나머지 하나는 오믹(Ohmic) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속된다.One of the upper electrode layer and the lower electrode layer is connected to transmit an electric signal generated in the piezoelectric thin film layer through a Schottky contact electrode and the other is formed in the piezoelectric thin film layer through an ohmic contact electrode Lt; / RTI >

상기 쇼트키 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 단일층 내지 복합층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된다.The Schottky contact electrode may be formed by a single layer or a multiple layer structure by inkjet printing using a nano ink containing at least one kind of nano particles of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, As shown in Fig.

상기 오믹 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 형성된 Ti-Au, Ti-Pt, Pt-Ga, In-Au 중 선택된 어느 하나의 2중층 구조 또는 Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au, Re-Ti-Au 중 선택된 어느 하나의 3중층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된다.The ohmic contact electrode may be formed of at least one of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn, Mo, Layer structure of any one selected from the group consisting of Ti-Al-Pt-Ga, In-Au or any one of Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au and Re- do.

상기 압전 박막층은 지르콘산(ZO), 바륨이 도핑된 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나로 형성된다.The piezoelectric thin film layer may be formed of at least one selected from the group consisting of zirconate (ZO), barium-doped zirconate (ZO), zinc oxide magnesium (ZnOMg), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO) ), And iron (III) oxide (FeO3ZnO).

상기 압전 박막층은 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(STO), 중 어느 하나로 형성되는 하부막과, 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나로 형성되는 상부막을 포함하는 2중층 구조로 형성될 수 있다.The piezoelectric thin film layer is formed of a lower film formed of any one of barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO) and barium titanate (STO), and a lower film made of zirconate (ZO), zinc oxide magnesium (ZnOMg), barium strontium titanate Layer structure including a top film formed of any one of strontium titanate (STO), barium titanate (BTO), lithium sulfate (Li2SO4), and zinc iron oxide oxide (FeO3ZnO).

상기 상부 전극층에 접속되는 접속용 배선과, 상기 접속용 배선에 접속되는 연결용 배선을 더 구비하고, 상기 상부 전극층과 상기 접속용 배선 및 상기 연결용 배선은 Au, Al, In 중 어느 하나 이상으로 형성된다.Wherein the upper electrode layer, the connection wiring, and the connection wiring are formed of at least one of Au, Al, and In, .

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 저장장치 제조방법은 제13항에 따른 멤스 압전센서의 상기 지지층 상에 상기 하부 전극층에 접속되는 하부 전극층 접속용 배선과, 상기 지지층 상에 상기 하부 전극층 접속용 배선들을 연결하는 하부 전극층 연결용 배선이 일체화되게 하부 전극층 패턴을 형성하는 단계와; 상기 지지층 상에 상기 상부 전극층에 접속되는 상부 전극층 접속용 배선과, 상기 지지층 상에 상기 상부 전극층 접속용 배선을 연결하는 상부 전극층 연결용 배선이 일체화되게 상부 전극층 패턴을 형성하는 단계;를 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an energy storage device, the method comprising: forming a lower electrode layer connection wiring on the support layer of the MEMS piezoelectric sensor according to claim 13; Forming a lower electrode layer pattern so that the lower electrode layer connecting wiring connecting the electrode layer connecting wirings are integrated; And forming an upper electrode layer pattern on the support layer so that the upper electrode layer connection wiring connected to the upper electrode layer and the upper electrode layer connection wiring connecting the upper electrode layer connection wiring on the support layer are integrated with each other .

본 발명에 따른 멤스 압전센서는 제조 공정이 수월한 동시에 에너지 수확 효율을 높이기 위해 압전 박막층을 비롯한 상부 전극층 및 하부 전극층 등의 형성 방법을 개선하여 종래에 비해 간단한 공정과 저렴한 비용으로 제작 가능한 장점이 있다.The MEMS piezoelectric sensor according to the present invention is advantageous in that the manufacturing process is easy and the manufacturing method of the upper electrode layer and the lower electrode layer including the piezoelectric thin film layer is improved in order to improve the energy harvesting efficiency.

또한, 본 발명에 따른 멤스 압전센서는 압전 박막층 및 전극층을 잉크젯 프린팅(Ink-Jet Printing) 기법으로 제조함으로써 제조공정이 간단하고, 고가의 증착 장비를 필요로 하지 않으므로 저렴한 제조비용으로 제조 가능한 장점이 있다.Further, the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention can be manufactured at a low manufacturing cost because a manufacturing process is simple and an expensive deposition equipment is not required by manufacturing a piezoelectric thin film layer and an electrode layer by ink jet printing (Ink-Jet Printing) technique have.

또한, 본 발명에 따른 멤스 압전센서는 전극층의 재료로서 은(Ag), 금(Au), 티타늄(Ti), 플래티넘(Pt), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn), 레늄(Re), 텡스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd) 등의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법으로 박막화하여 목적에 맞게 단일층 내지 복합층으로 전극을 형성 및 제조할 수 있는 장점이 있다.In addition, the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention is characterized in that the material of the electrode layer is selected from the group consisting of Ag, Au, Ti, Pt, Al, Ga, A nano ink containing nanoparticles such as Sn, Re, T, Cr, Mo and Pd can be thinned by an inkjet printing technique to form a single layer It is possible to form and manufacture an electrode using a composite layer or a composite layer.

도 1은 본 발명에 따른 멤스 압전센서의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 멤스 압전센서의 동작을 나타낸 단면도.
도 3은 도 1에도시된 멤스 압전센서의 동작을 나타낸 단면도.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치를 나타낸 평면도.
도 5는 도 4에 도시된 에너지 저장장치에 포함된 멤스 압전센서를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 제조하기 위한 기판부 준비단계 및 패턴층 형성단계를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 제조하기 위한 하부 전극층 형성단계를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 제조하기 위한 압전 박막층 형성단계를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 제조하기 위한 상부 전극층 형성단계를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 제조하기 위한 지지층의 단부에 무게추를 형성하는 단계를 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 멤스 압전센서에서 수확되는 에너지의 일 예를 설명하기 위한 그래프.
도 12은 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치에서 수확되는 에너지의 일 예를 설명하기 위한 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치에서 수확되는 에너지의 일 예를 설명하기 위한 그래프.
도 14는 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 포함하는 에너지 저장 장치 및 수집된 에너지의 흐름 및 작동 과정을 설명하기 위한 블록도. 1 is a sectional view of a MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
2 is a sectional view showing the operation of the MEMS piezoelectric sensor shown in FIG.
3 is a sectional view showing the operation of the MEMS piezoelectric sensor shown in FIG.
FIG. 4 is a plan view showing an energy storage device using the MEMS piezoelectric sensor shown in FIGS. 1 to 3. FIG.
5 is a plan view of a MEMS piezoelectric sensor included in the energy storage device shown in FIG.
6 is a cross-sectional view illustrating a substrate portion preparation step and a pattern layer formation step for manufacturing the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
7 is a sectional view showing a lower electrode layer forming step for manufacturing a MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
8 is a sectional view showing a step of forming a piezoelectric thin film layer for manufacturing a MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
9 is a sectional view showing an upper electrode layer forming step for manufacturing a MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a weight at an end of a supporting layer for manufacturing a MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
11 is a graph for explaining an example of energy harvested from the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
12 is a graph for explaining an example of energy harvested in an energy storage device using the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
13 is a graph for explaining an example of energy harvested in the energy storage device using the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.
FIG. 14 is a block diagram for explaining an energy storage device including a MEMS piezoelectric sensor according to the present invention and a flow and operation process of collected energy. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 멤스 압전센서(100)와 이를 이용한 에너지 저장장치(10) 및 이의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a MEMS piezoelectric sensor 100 according to a preferred embodiment of the present invention, an energy storage device 10 using the same, and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1 내지 도 3에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤스 압전센서(100)가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)는 기판부(110)와, 지지층(120)과, 하부 전극층(130)과, 압전 박막층(140)과, 상부 전극층(150)과, 하부 전극층 패턴부와, 상부 전극층 패턴부를 구비한다.1 to 3 illustrate a MEMS piezoelectric sensor 100 according to an embodiment of the present invention. 1 to 3, a MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention includes a substrate 110, a support layer 120, a lower electrode layer 130, a piezoelectric thin film layer 140, 150, a lower electrode layer pattern portion, and an upper electrode pattern portion.

기판부(110)는 실리콘(silicon)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 단결정 실리콘으로 이루어진 베어 웨이퍼(bare wafer)일 수 있다. 또한, 기판부(110)는 100 mm의 두께를 갖는 베어 웨이퍼를 후면 연마로 연마하여 400 내지 700μm의 두께를 가질 수 있다. The substrate 110 may include silicon, or may be a bare wafer made of single crystal silicon. In addition, the substrate portion 110 may have a thickness of 400 to 700 mu m by polishing a bare wafer having a thickness of 100 mm by back-grinding.

기판부(110)의 상면에는 지지층(120)이 형성된다. 지지층(120)은 실리콘 산화물(SiO2)또는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 그 두께는 3μm 이하로 형성될 수 있다. 그리고, 지지층(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 기판부(110)와 일체로 형성된 제1지지층(121)과, 제1지지층(121) 상에 형성되는 제2지지층(122)을 포함하여 구성될 수 있다. A supporting layer 120 is formed on the upper surface of the substrate 110. The support layer 120 may include silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x ), and the thickness thereof may be 3 μm or less. The support layer 120 may be formed of any one of silicon oxide and silicon nitride. The support layer 120 may include a first support layer 121 integrally formed with the substrate 110, And a second support layer 122 formed on the second support layer.

지지층(120)의 상면에는 하부 전극층(130)이 형성된다.The lower electrode layer 130 is formed on the upper surface of the support layer 120.

하부 전극층(130)에는 하부 전극층 패턴부가 접속되는데, 이 하부 전극층 패턴부는 하부 전극층 접속용 배선(132c)과, 하부 전극층 연결용 배선을 포함한다.A lower electrode layer pattern portion is connected to the lower electrode layer 130. The lower electrode layer pattern portion includes a lower electrode layer connection wiring 132c and a lower electrode layer connection wiring.

하부 전극층 접속용 배선(132c)은 하부 전극층(130)에 접속되며, 하부 전극층 연결용 배선은 서로 다른 하부 전극층 접속용 배선(132c)들을 연결한다.The lower electrode layer connection wiring 132c is connected to the lower electrode layer 130 and the lower electrode layer connection wiring connects different lower electrode layer connection wirings 132c.

하부 전극층 접속용 배선(132c) 및 하부 전극층 연결용 배선은 티타늄-금(Ti-Au), 티타늄-알루미늄(Ti-Al), 티타늄-알루미늄-백금-금(Ti-Al-Pt-Au), 알루미늄-백금(Al-Pt), 알루미늄-백금-금(Al-Pt-Au), 백금-갈륨(Pt-Ga), 인듐-금(In-Au), 레늄-티타늄-금(Re-Ti-Au), 주석(Sn) 또는 몰리브덴(Mo) 중에서 적어도 하나로 이루어질 수 있다.The lower electrode layer connection wiring 132c and the lower electrode layer connection wiring are made of a metal such as titanium-gold (Ti-Au), titanium-aluminum (Ti-Al), titanium- (Al-Pt), aluminum-platinum-gold, platinum-gallium (Pt-Ga), indium-gold (In-Au), rhenium- Au), tin (Sn), or molybdenum (Mo).

하부 전극층(130)의 상면에는 압전 박막층(140)이 형성된다.A piezoelectric thin film layer 140 is formed on the upper surface of the lower electrode layer 130.

압전 박막층(140)은 하부 전극층(130)의 상면 일부분 내지 전 영역을 점유하도록 형성되고, 하부 전극층(130)의 측면 일부분 내지 전 영역이 노출되게 형성된다.The piezoelectric thin film layer 140 is formed so as to occupy a part or all of the upper surface of the lower electrode layer 130 and a part of the side surface or the entire surface of the lower electrode layer 130 is exposed.

압전 박막층(140)은 티탄산 바륨(BTO), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 납 지르코늄 티타늄(PZT), 및 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 인듐(In) 등이 도핑된 산화아연(ZnO)들 중에서 선택된 어느 하나 또는 그 이상으로 형성될 수 있다.The piezoelectric thin film layer 140 is formed of a material selected from the group consisting of barium titanate (BTO), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), lead zirconium titanium (PZT), and lithium (Li), sodium (Na), potassium (K) And zinc oxide (ZnO) doped with boron (Be), magnesium (Mg), aluminum (Al), palladium (Pd), nickel (Ni), indium (In) or the like.

또한 압전 박막층(140)은 상술한 바와 달리 하부막과 상부막을 포함하는 2중층 구조를 적용할 수도 있다.In addition, the piezoelectric thin film layer 140 may have a double-layer structure including a lower film and an upper film, as described above.

이 경우, 하부막은 티탄산 바륨(BTO), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 및 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 인듐(In) 등이 도핑된 산화아연(ZnO)들 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 그리고, 상부막은 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(ZnFeO3) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.In this case, the lower film may be formed of barium titanate (BTO), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), and lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), beryllium (Be) And at least one of zinc oxide (ZnO) doped with aluminum (Al), palladium (Pd), nickel (Ni), indium (In) The upper film is formed of zirconate (ZO), zinc oxide (ZnOMg), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO), lithium sulphate (Li2SO4) And may be at least one.

또한, 압전 박막층(140)은 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO) 중 적어도 하나로 이루어진 하부막과, 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(ZnOFeO3) 중 적어도 하나로 이루어지는 상부막을 포함하는 2중층 구조를 가질 수도 있다.The piezoelectric thin film layer 140 is formed of a lower film made of at least one of barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO) and barium titanate (BTO) and a lower film made of at least one of zirconate (ZO), zinc oxide magnesium (ZnOMg), barium strontium titanate Layer structure including at least one of bismuth oxide (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO), lithium sulfate (Li2SO4), and zinc iron oxide oxide (ZnOFeO3).

압전 박막층(140)의 상면에는 상부 전극층(150)이 구비된다.An upper electrode layer 150 is provided on the upper surface of the piezoelectric thin film layer 140.

상부 전극층(150)은 압전 박막층(140)의 상면 일부분 내지 전 영역을 점유하도록 형성되고, 압전 박막층(140)의 측면 일부분 내지 전 영역이 노출되게 형성된다. 상부 전극층(150)에는 상부 전극층 패턴부가 접속되는데, 이 상부 전극층 패턴부는 상부 전극층 접속용 배선(154c) 및 상부 전극층 연결용 배선을 포함한다. 그리고, 상부 전극층 접속용 배선(154c)은 상부 전극층(150)에 접속되며, 상부 전극층 연결용 배선은 서로 다른 상부 전극층 접속용 배선(154c)들을 연결한다.The upper electrode layer 150 is formed so as to occupy a part or all of the upper surface of the piezoelectric thin film layer 140, and a part of the side surface or the entire surface of the piezoelectric thin film layer 140 is exposed. An upper electrode pattern portion is connected to the upper electrode layer 150. The upper electrode layer pattern portion includes an upper electrode layer connecting wiring 154c and an upper electrode layer connecting wiring. The upper electrode layer connection wiring 154c is connected to the upper electrode layer 150 and the upper electrode layer connection wiring connects different upper electrode layer connection wiring 154c.

한편, 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)는 하부 전극층(130)과 상부 전극층(150) 중 어느 하나가 쇼트키(Schottky) 접촉을 통해 압전 박막층(140)에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속되고, 나머지 하나는 오믹(Ohmic) 접촉을 통해 압전 박막층(140)에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속된다.The MEMS piezoelectric sensor 100 according to an embodiment of the present invention may be configured such that any one of the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150 transmits an electric signal generated in the piezoelectric thin film layer 140 through a Schottky contact, And the other is connected to transmit an electric signal generated in the piezoelectric thin film layer 140 through ohmic contact.

쇼트키 접촉을 위한 전극은 티타늄(Ti), 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 인듐(In), 레늄(Re), 주석(Sn) 또는 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 기법에 의해 단일층 내지 복합층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된다.Electrodes for Schottky contact are made of titanium, gold, aluminum, platinum, gallium, indium, rhenium, tin or molybdenum ) And silver (Ag) is formed by an ink-jet printing technique into an electrode thin film having a single layer or a multiple layer structure.

오믹 접촉을 위한 전극은 티타늄(Ti), 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 인듐(In), 레늄(Re), 주석(Sn) 또는 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 형성된 Ti-Au, Ti-Pt, Pt-Ga, In-Au 중 선택된 어느 하나의 2중층 구조 또는 Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au, Re-Ti-Au 중 선택된 어느 하나의 3중층 구조를 갖는 전극박막으로 형성될 수 있다.The electrode for ohmic contact is made of a metal such as titanium, gold, aluminum, platinum, gallium, indium, rhenium, tin or molybdenum, Layer structure of Ti-Au, Ti-Pt, Pt-Ga, and In-Au formed by an ink-jet printing technique or a Ti- Layer structure selected from any one of Al-Pt-Au, Al-Pt-Au, and Re-Ti-Au.

그리고, 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)의 단부에는 진동 발생 즉, 하중을 제공하기 위한 무게추(160)가 더 구비된다.In addition, a weight 160 is provided at an end of the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention to provide vibration or load.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하면서 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)의 작동을 설명한다.Hereinafter, the operation of the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

도 2를 참조하면, 무게추(160)의 진동에 의해 압전 박막층(140)이 도시된 바와 같이 하방으로 구부러지면, 압전 박막층(140)의 위쪽 표면은 인장 응력(Tensile stress)을 받아 양(+) 전하가 형성되고, 압전 박막층(140)의 아래쪽 표면은 압축 응력(Compressive stress)에 의해 음(-) 전하가 형성된다. 2, when the piezoelectric thin film layer 140 is bent downward due to the vibration of the weight 160, the upper surface of the piezoelectric thin film layer 140 receives tensile stress, ) Charge is formed, and a negative charge is formed on the lower surface of the piezoelectric thin film layer 140 by a compressive stress.

이때, 압전 박막층(140)의 위쪽 표면 및 아래쪽 표면에 각각 형성되는 양전하 및 음전하는 각각 상부 전극층(150)과의 쇼트키(schottky) 접촉 및 하부 전극층(130)과의 오믹(ohmic) 접촉을 통해 순방향 바이어스 다이오드(bias diode)로 작용하여 전력을 생성하게 된다.The positive and negative charges respectively formed on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric thin film layer 140 are formed by schottky contact with the upper electrode layer 150 and ohmic contact with the lower electrode layer 130, And acts as a forward bias diode to generate power.

또한, 압전 박막층(140)이 무게추(160)의 진동에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 상방으로 구부러지면, 압전 박막층(140)의 아래쪽 표면은 인장응력을 받아 양(+) 전하가 형성되고, 압전 박막층(140)의 위쪽 표면은 압축응력에 의해 음(-) 전하가 형성된다.3, when the piezoelectric thin film layer 140 is bent upward by the vibration of the weight 160, the lower surface of the piezoelectric thin film layer 140 is subjected to tensile stress to form a positive electric charge , The upper surface of the piezoelectric thin film layer 140 is formed with negative stress by the compressive stress.

이때, 압전 박막층(140)의 위쪽 표면 및 아래쪽 표면에 형성되는 음전하 및 음전하는 각각 하부 전극층(130)과의 오믹 접촉 및 상부 전극층(150)과의 쇼트키 접촉을 통해 역방향 바이어스 다이오드로 작용하여 전력을 생성하게 된다.The negative and negative charges formed on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric thin film layer 140 act as reverse bias diodes through ohmic contact with the lower electrode layer 130 and Schottky contact with the upper electrode layer 150, .

이상에서 설명한 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)는 제조 공정이 수월한 동시에 에너지 수확 효율이 높이기 위해 압전 박막층(140)을 비롯한 하부 전극층(130) 및 상부 전극층(150) 등의 형성 방법을 잉크젯 방식으로 개선하여 종래에 비해 간단한 공정과 저렴한 비용으로 제작 가능한 장점이 있다.The method of forming the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150 including the piezoelectric thin film layer 140 is performed by an inkjet method in order to improve the energy harvesting efficiency while facilitating the manufacturing process. So that it is advantageous in that it can be manufactured with a simple process and a low cost compared with the conventional one.

그리고, 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)는 압전 박막층(140) 및 전극층을 잉크젯 프린팅(Ink-Jet Printing) 기법으로 제조함으로써 제조공정이 간단하고, 고가의 증착 장비를 필요로 하지 않으므로 저렴한 제조비용으로 제조 가능한 장점이 있다.In addition, the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention is manufactured by the ink-jet printing technique by using the piezoelectric thin film layer 140 and the electrode layer by a simple manufacturing process and does not require expensive deposition equipment, There is an advantage that it can be manufactured at a cost.

또한, 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)는 전극층의 재료로서 은(Ag), 금(Au), 티타늄(Ti), 플래티넘(Pt), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn), 레늄(Re), 텡스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd) 등의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법으로 박막화하여 목적에 맞게 단일층 내지 복합층으로 전극을 형성 및 제조할 수 있는 장점이 있다.In addition, the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention can be used as a material of the electrode layer, such as silver (Ag), gold (Au), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum (Al), gallium The nano ink containing nanoparticles such as tin (Sn), rhenium (Re), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo) and palladium (Pd) There is an advantage that an electrode can be formed and manufactured from a single layer or multiple layers.

한편, 도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치(10)가 도시되어 있다.4 and 5 show an energy storage device 10 using a MEMS piezoelectric sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치(10)는 멤스 압전센서(100)와; 멤스 압전센서(100)에서 발생하는 전기에너지를 에너지 저장부(250)에 저장하기 위한 충전 회로부(200)와; 에너지 저장부(250)에 저장된 전기에너지를 타 전기장치(350)로 공급하기 위한 방전 회로부(300);를 구비한다.The energy storage device 10 using the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention includes a MEMS piezoelectric sensor 100; A charging circuit unit (200) for storing electric energy generated in the MEMS piezoelectric sensor (100) in the energy storage unit (250); And a discharge circuit unit 300 for supplying electric energy stored in the energy storage unit 250 to another electric device 350. [

상기 멤스 압전센서(100)는 기판부(110)의 중앙 부분에 상하를 관통하도록 형성된 원형의 공동부(101)와 인접하는 기판부(110)의 상면 또는 공동부(101)의 내주면에 일 단이 지지 및 고정되고, 타 단은 공동부(101)의 중심을 향하도록 형성 또는 배치된다. The MEMS piezoelectric sensor 100 includes a circular cavity 101 formed to penetrate the upper and lower portions of the central portion of the substrate portion 110 and an upper surface of the substrate portion 110 adjacent to the substrate portion 110, And the other end is formed or disposed so as to face the center of the hollow portion 101. As shown in Fig.

멤스 압전센서(100)는 복수가 공동부(101)의 가장자리를 따라 서로 이격되게 배치 즉, 공동부(101)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치된다. 이때, 멤스 압전센서(100)는 지지층(120)이 기판부(110)에 일체로 형성될 수도 있고, 지지층(120)이 기판부(110)상에 지지 또는 고정될 수 있다.A plurality of the MEMS piezoelectric sensor 100 are disposed radially apart from each other along the edge of the cavity 101, i.e., with respect to the center of the cavity 101. At this time, the MEMS piezoelectric sensor 100 may be formed such that the supporting layer 120 is integrally formed with the substrate 110, and the supporting layer 120 is supported or fixed on the substrate 110.

상기 멤스 압전센서(100)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)에서 상세하게 설명하고 있는 바와 동일한 구조를 적용하였으므로 구체적인 구조에 대한 설명은 생략한다.Since the MEMS piezoelectric sensor 100 has the same structure as that described in detail with reference to the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention described with reference to FIGS. 1 to 3, a detailed description of the structure will be omitted.

한편, 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치(10)는 도 14에 도시된 바와 같이 멤스 압전센서(100)에서 수확된 에너지(201) 중 기준 전력 이상 또는 이하의 전력에 해당하는 잡음을 제거한 에너지를 충전 회로부(200)로 전송하기 위한 필터 소자(400)를 더 구비한다.As shown in FIG. 14, the energy storage device 10 using the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention may further include noise corresponding to a power higher than or equal to a reference power among the energy 201 harvested by the MEMS piezoelectric sensor 100 And a filter element 400 for transferring energy to the charging circuit unit 200.

상기와 같은 에너지 저장 장치(10)는 멤스 압전센서(100)에 진동이 가해지면 멤스 압전센서(100)가 진동에 의해 발생하는 에너지를 수확하고, 수확된 에너지는 필터소자(400)에 의해 잡음이 제거된 상태로 충전 회로부(200)로 전달되며, 충전 회로부(200)는 잡음이 제거된 상태의 에너지를 에너지 저장부(250)로 저장되게 하고, 에너지 저장부(240)에 저장된 에너지는 방전 회로부(300)를 통해 타 전기5장치(350)(260)로 공급되는 방식으로 작동한다.When the vibration is applied to the MEMS piezoelectric sensor 100, the energy storage device 10 harvests the energy generated by the vibration of the MEMS piezoelectric sensor 100, and the harvested energy is absorbed by the filter device 400, And the energy stored in the energy storage unit 240 is discharged to the charging circuit unit 200. The energy stored in the energy storage unit 250 is stored in the energy storage unit 250, And is supplied to the other electrical devices 350 and 260 through the circuit unit 300.

한편, 도 12 및 도 13에는 멤스 압전센서(100)에 수확되는 특정 주파수 대역의 에너지를 통해 발생하는 전력이 나타나 있다. 수확되는 주파수(1, …, n)는 일상적으로 수백 Hz 이하의 저주파수이며, 멤스 압전센서(100) 내에서의 위치, 지지층(120)과 압전 박막층(140) 등에 따라 상이한 위상 차를 가지고 진입되는 것이 나타나 있다.12 and 13 show the electric power generated through the energy of the specific frequency band harvested in the MEMS piezoelectric sensor 100. FIG. The frequencies (1, ..., n) harvested are routinely lower frequencies of several hundreds of Hz or less and enter into the MEMS piezoelectric sensor 100 with a different phase difference depending on the supporting layer 120 and the piezoelectric thin film layer 140 .

도 12를 참조하면, 특정 주파수 대역 안에서 중첩되게 수확되는 에너지가 나타나며, 수확된 중첩 에너지는 특정 대역 안에서 많은 잡음(noise)이 내재된다. 따라서, 중첩된 에너지에서 불필요한 잡음은 제거되고, 동시에 특정 전력 이하 내지 이상의 전력 또한 필터소자(400)에 의해 제거되어야 한다.Referring to FIG. 12, energy that is superimposed and harvested in a specific frequency band appears, and the superimposed energy has a lot of noise in a specific band. Thus, unnecessary noise is removed from the superimposed energy, and at the same time, power below or above a certain power must also be removed by the filter element 400. [

본 실시 예에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치(10)는 멤스 압전센서(100)를 기판부(110)에 중앙 부분에 형성된 원형의 공동부(101)를 형성하고, 일 단을 그 공동부(101)의 가장자리에 지지시키며, 타 단을 공동부(101)의 중심을 향하도록 배치한 캔틸레버(cantilever) 구조를 적용 및 복수의 멤스 압전센서(100)를 공동부(101)의 가장자리를 따라 이격되게 배치한 구조를 적용하였으나, 도시된 바와 다르게 기판부(110)에 형성되는 공동부(101)의 형상은 다각형일 수도 있고, 멤스 압전센서(100)들을 기판부(110)의 외측 가장자리를 따라 배치할 수 있음은 물론이다.The energy storage device 10 using the MEMS piezoelectric sensor according to the present embodiment is characterized in that the MEMS piezoelectric sensor 100 is formed with a circular cavity portion 101 formed at the central portion of the substrate portion 110, A cantilever structure in which a plurality of MEMS piezoelectric sensors 100 are supported on the edge of the cavity 101 and the other end is arranged to face the center of the cavity 101, The shape of the cavity portion 101 formed on the substrate portion 110 may be polygonal and the MEMS piezoelectric sensors 100 may be formed on the outer edge of the substrate portion 110 As shown in FIG.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치(10)는 복수의 멤스 압전센서(100)들을 포함하고, 각 멤스 압전센서(100)의 하부 전극층(130) 및 상부 전극층(150)이 서로 분리된 배선 구조를 가짐으로써, 서로 다른 진동주파수를 회수하여 서로 동기된 주파수일 경우는 보상 간섭을 통해 에너지를 증폭시키고, 주파수가 비동기 상태일 때는 동기화시켜 신호를 증폭시키는 기법을 적용하여 수확되는 에너지 밀도를 높임으로써 에너지 수확 효율이 높은 장점이 있다.The energy storage device 10 using the MEMS piezoelectric sensor according to the present invention includes a plurality of MEMS piezoelectric sensors 100 and the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150 of each MEMS piezoelectric sensor 100 ) Have mutually separated wiring structures, so that when different frequency frequencies are recovered and synchronized with each other, energy is amplified through compensation interference, and when the frequency is asynchronous, The energy harvesting efficiency is high by increasing the energy density to be harvested.

이하에서는 도 6 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)의 제조방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 11. FIG.

도 6내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)의 제조방법은 서로 대향되는 상부와 하부에 각각 제1면과 제2면이 마련된 기판부(110)를 준비하는 단계(기판부(110) 준비단계)와; 기판부(110)의 제1면과 제2면에 각각 설정된 패턴의 지지층(120)과 버퍼층(115)을 형성하는 단계(패턴층 형성단계)와; 지지층(120) 상에 오믹 또는 쇼트키 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 하부 전극층(130)을 형성하는 단계(하부 전극층(130) 형성단계)와; 하부 전극층(130) 상에 압전 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 압전 박막층(140)을 형성하는 단계(압전 박막층(140) 형성단계)와; 압전 박막층(140) 상에 쇼트키 또는 오믹 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 상부 전극층(150)을 형성하는 단계(상부 전극층(150) 형성단계);를 포함한다.6 to 11, a method of manufacturing a MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention includes preparing a substrate 110 having a first surface and a second surface, A substrate stage 110 preparation step); A step (pattern layer forming step) of forming a support layer 120 and a buffer layer 115 having a pattern respectively set on the first and second surfaces of the substrate 110; Forming a lower electrode layer 130 (forming a lower electrode layer 130) by spraying nano ink containing nanoparticles having ohmic or Schottky contact properties on the support layer 120 by an inkjet method; Forming a piezoelectric thin film layer 140 (a step of forming a piezoelectric thin film layer 140) by spraying a nano ink containing nanoparticles having piezoelectric properties on the lower electrode layer 130 by an inkjet method; And forming the upper electrode layer 150 (forming the upper electrode layer 150) by jetting a nano ink containing nanoparticles having a Schottky or Ohmic contact property on the piezoelectric thin film layer 140 by an inkjet method .

기판부(110) 준비단계에서는 마련되는 기판부(110)는 단결정 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나로 형성되며, 400 ~ 700μm의 두께를 가진다.In the step of preparing the substrate 110, the substrate 110 is formed of at least one of monocrystalline silicon, silicon oxide, and silicon nitride, and has a thickness of 400 to 700 μm.

패턴층 형성단계는 도 6에 도시된 바와 같이 기판부(110)의 상면에 지지층(120) 상세하게는 제2지지층(122)을 형성한다. 그리고, 패턴층 형성단계는 기판부(110)의 저면에 버퍼층(115)을 형성한다. 이때 버퍼층(115)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 중에서 적어도 하나로 형성되고 3μm 이내의 두께를 갖도록 한다.In the pattern layer forming step, as shown in FIG. 6, the supporting layer 120 (specifically, the second supporting layer 122) is formed on the upper surface of the substrate 110. In the pattern layer forming step, a buffer layer 115 is formed on the bottom surface of the substrate portion 110. At this time, the buffer layer 115 is formed of at least one of silicon oxide and silicon nitride and has a thickness of 3 μm or less.

하부 전극층(130) 형성단계는 도 7에 도시된 바와 같이 제2지지층(122) 상에 하부 전극층(130)을 형성한다. 제2지지층(122) 상에 하부 전극층(130)이 형성된 후에는 하부 전극층(130) 접속용 배선과, 하부 전극층(130) 접속용 배선들을 서로 연결하는 하부 전극층(130) 연결용 배선을 포함하는 하부 전극층 패턴을 제2지지층(122)상에 형성하는 공정이 더 수행된다.The step of forming the lower electrode layer 130 forms the lower electrode layer 130 on the second support layer 122 as shown in FIG. A wiring for connecting the lower electrode layer 130 after the lower electrode layer 130 is formed on the second supporting layer 122 and a wiring for connecting the lower electrode layer 130 for connecting the connecting wires for the lower electrode layer 130 to each other A step of forming a lower electrode layer pattern on the second support layer 122 is further performed.

압전 박막층(140) 형성단계는 도 8에 도시된 바와 같이 하부 전극층(130)상에 압전 박막층(140)을 형성한다.In the step of forming the piezoelectric thin film layer 140, the piezoelectric thin film layer 140 is formed on the lower electrode layer 130 as shown in FIG.

이 단계에서 형성되는 압전 박막층(140)은 하부 전극층(130) 및 후술하는 상부 전극층(150)과 동일한 크기로 형성될 수도 있고, 이와 다르게 하부 전극층(130)과 압전 박막층(140)이 중첩하는 영역에서 압전 박막층(140)이 하부 전극층(130) 및 상부 전극층(150)보다 약간 크게 형성할 수 있다. 이는 압전 박막층(140)을 비롯한 하부 전극층(130) 및 상부 전극층(150)의 두께가 매우 얇아 제조공정에서 잉크젯 프린팅 방식에 의해 각각의 층을 형성하는 과정에서 하부 전극층(130)과 후술하는 상부 전극층(150)이 단락 즉, 접촉될 수 있으므로 하부 전극층(130)과 상부 전극층(150)의 단락을 방지하기 위해 하부 전극층(130) 및 상부 전극층(150)보다 다소 크게 형성하는 것이다.The piezoelectric thin film layer 140 formed at this stage may be formed to have the same size as that of the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150 described later. Alternatively, the piezoelectric thin film layer 140 may be formed in a region where the lower electrode layer 130 and the piezoelectric thin film layer 140 overlap The piezoelectric thin film layer 140 may be formed to be slightly larger than the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150. This is because the thickness of the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150 including the piezoelectric thin film layer 140 is very thin and the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150, The lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150 are formed to be slightly larger than the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150 in order to prevent a short circuit between the lower electrode layer 130 and the upper electrode layer 150.

그리고, 압전 박막층(140) 형성단계에서 형성되는 압전 박막층(140)은 나노입자를 제조하여 사용한 티탄산 바륨(BTO), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 및 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 인듐(In) 등이 도핑된 ZnO 계열의 나노입자를 포함하는 나노잉크를 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 방식으로 형성할 수 있다. 나노 입자 제조 방법은 핫 인젝션(hot-injection) 등의 반응 기법을 사용하여 제조한 후, 열 처리를 통해 결정화를 진행하는 것일 수 있다. The piezoelectric thin film layer 140 formed in the piezoelectric thin film layer 140 may be formed using barium titanate (BTO), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), and lithium (Li) And a ZnO-based nanoparticle doped with Na, K, Ber, Mg, Al, Pd, Ni, Nano ink can be formed by an ink-jet printing method. The nanoparticle manufacturing method may be a method of producing nanoparticles using a reaction technique such as hot-injection, and then proceeding crystallization through heat treatment.

또한, 압전 특성을 갖는 나노입자는 압전 특성을 증가시키기 위한 다양한 물질이 혼합될 수 있다. 제조된 압전 나노입자는 볼 밀링(ball milling) 등의 방법을 사용하여 수십 나노 미터 이하의 사이즈를 갖는 나노입자로 제조되어 잉크젯 프린팅용으로 사용될 수 있다. 제조된 나노 입자들은 적절한 물리화학적 특성이 있도록 분산성과 점도 특성을 제어하여, 안정적인 압전 박막층(140)을 제조할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Further, nanoparticles having piezoelectric characteristics can be mixed with various materials for increasing the piezoelectric characteristics. The piezoelectric nanoparticles prepared are made of nanoparticles having a size of several tens of nanometers or less by using a method such as ball milling and can be used for inkjet printing. It is preferable that the nanoparticles produced can control dispersibility and viscosity characteristics so as to have appropriate physico-chemical properties, thereby making it possible to produce a stable piezoelectric thin film layer 140.

상부 전극층(150) 형성단계는 도 9에 도시된 바와 같이 압전 박막층(140)상에 상부 전극층(150)을 형성한다.The upper electrode layer 150 is formed by forming an upper electrode layer 150 on the piezoelectric thin film layer 140 as shown in FIG.

상부 전극층(150)은 적어도 압전 박막층(140)의 상면 일부분을 덮게 형성되고, 압전 박막층(140)의 측면이 노출되게 형성된다. The upper electrode layer 150 is formed so as to cover at least a portion of the upper surface of the piezoelectric thin film layer 140, and the side surface of the piezoelectric thin film layer 140 is exposed.

상부 전극층(150) 형성단계에서는 상부 전극층(150)에 접속되는 상부 전극층(150) 접속용 배선과, 상부 전극층(150) 접속용 배선들을 서로 연결하는 상부 전극층(150) 연결용 배선을 포함하는 상부 전극층 패턴을 기판상에 형성하는 공정이 수행된다.In the upper electrode layer 150 formation step, the upper electrode layer 150 is connected to the upper electrode layer 150, and the upper electrode layer 150 is connected to the upper electrode layer 150, A step of forming an electrode layer pattern on the substrate is performed.

상부 전극층(150) 형성단계 이후에는 도 10에 도시된 바와 같이 진동을 발생시키기 위한 무게추(160)를 단부측에 형성한다.After the step of forming the upper electrode layer 150, a weight 160 for generating vibration is formed on the end side as shown in FIG.

본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)가 외팔보 즉 캔틸레버 구조를 갖기 위해 도 11에 도시된 바와 같이 기판부(110)의 하면으로부터 상면을 관통하는 공동부(101)를 형성하는 단계(공동부(101) 형성단계)가 더 포함된다.The step of forming the cavity portion 101 penetrating the upper surface from the lower surface of the substrate portion 110 as shown in Fig. 11 (the cavity portion 101 (see Fig. 11) to have the cantilever structure of the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention, 101) forming step).

공동부(101) 형성단계에서는 기판부(110)의 하면에 형성된 버퍼층(115)에 포토레지스트(photoresist)를 사용하여 마스크 패턴을 형성하고, 기판부(110)을 버퍼 산화 식각(Buffered Oxide Etch) 용액 등에 담가 일부를 제거하여 공동부(101)의 형성을 위한 전처리 공정을 진행한다. 상기의 마스크 패턴은 본 발명에 따른 멤스 압전센서(100)가 배치된 패턴과 대응되는 패턴을 가진다. 공동부(101) 형성단계에서는 기판부(110)의 저면을 식각하여 공동부(101)를 형성하되, 멤스 압전센서(100)가 배치되는 부분에는 기판부(110)가 일정 두께 이상 남도록 식각함으로써, 이 기판부(110)와 지지층(120)에 의해 진동할 수 있는 구조가 되게 한다.In the formation of the cavity 101, a mask pattern is formed on the buffer layer 115 formed on the lower surface of the substrate 110 using photoresist, and the substrate 110 is subjected to a buffered oxide etch, Solution or the like, and a pre-processing step for forming the cavity 101 is performed. The mask pattern has a pattern corresponding to the pattern in which the MEMS piezoelectric sensor 100 according to the present invention is disposed. The cavities 101 are formed by etching the bottom surface of the substrate 110 in the forming of the cavity 101 so that the substrate 110 is etched so that the substrate 110 is left over by a predetermined thickness So that the substrate 110 can be vibrated by the substrate 110 and the support layer 120.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 멤스 압전센서, 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치, 그리고 그 제조 방법은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, It will be understood that various modifications and equivalent embodiments may be possible. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the technical idea of the appended claims.

10 : 에너지 저장장치
100 : 멤스 압전센서
110 : 기판부
120 : 지지층
121 : 제1지지층
122 : 제2지지층
130 : 하부 전극층
140 : 압전 박막층
150 : 상부 전극층
160 : 무게추10: Energy storage device
100: MEMS piezoelectric sensor
110:
120: support layer
121: first support layer
122: second support layer
130: lower electrode layer
140: Piezoelectric thin film layer
150: upper electrode layer
160: Weights

Claims (24)

기판부와;
상기 기판부에 일 측 지지되고, 타 단은 소정길이 연장된 지지층과;
상기 지지층 상에 형성되는 하부 전극층과;
상기 하부 전극층 상에 형성되는 압전 박막층과;
상기 압전 박막층 상에 형성되는 상부 전극층;을 구비하고,
상기 하부 전극층 및 상부 전극층은 오믹 또는 쇼트키 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 분사하여 형성되고,
상기 압전 박막층은 압전 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 분사하여 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
A substrate portion;
One end of which is supported by the base portion and the other end of which is extended by a predetermined length;
A lower electrode layer formed on the supporting layer;
A piezoelectric thin film layer formed on the lower electrode layer;
And an upper electrode layer formed on the piezoelectric thin film layer,
Wherein the lower electrode layer and the upper electrode layer are formed by spraying nano ink containing nanoparticles having ohmic or Schottky contact properties,
Wherein the piezoelectric thin film layer is formed by ejecting nano ink containing nanoparticles having piezoelectric characteristics.
제1항에 있어서,
상기 압전 박막층은 적어도 상기 하부 전극층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 하부 전극층의 측면 일부가 노출되게 형성되며,
상기 상부 전극층은 적어도 상기 압전 박막층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 압전 박막층의 측면이 노출되게 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
The piezoelectric thin film layer is formed to occupy at least a part of the upper surface of the lower electrode layer, at least a side surface of the lower electrode layer is exposed,
Wherein the upper electrode layer is formed to occupy at least a part of an upper surface of the piezoelectric thin film layer, and at least a side surface of the piezoelectric thin film layer is exposed.
제1항에 있어서,
상기 기판부는 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate portion is made of silicon.
제1항에 있어서,
상기 지지층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
Wherein the support layer is formed of one of silicon oxide and silicon nitride.
제1항에 있어서,
상기 지지층은 상기 기판부와 일체로 형성된 기판층과, 상기 기판층 상에 형성되는 표면층을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
Wherein the supporting layer includes a substrate layer formed integrally with the substrate portion, and a surface layer formed on the substrate layer.
제1항에 있어서,
상기 상부 전극층과 상기 하부 전극층 중 어느 하나는 쇼트키(Schottky) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속되고, 나머지 하나는 오믹(Ohmic) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
One of the upper electrode layer and the lower electrode layer is connected to transmit an electric signal generated in the piezoelectric thin film layer through a Schottky contact electrode and the other is formed in the piezoelectric thin film layer through an ohmic contact electrode, And to transmit the electric signal.
제6항에 있어서,
상기 쇼트키 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자를 함유하는 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 형성된 단일층 내지 복합층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 6,
The Schottky contact electrode may be formed of a single layer or a multiple layer structure formed by an ink-jet printing technique using a nano ink containing at least one kind of nanoparticles of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, And an electrode thin film formed on the piezoelectric thin film.
제6항에 있어서,
상기 오믹 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 형성된 Ti-Au, Ti-Pt, Pt-Ga, In-Au 중 선택된 어느 하나의 2중층 구조 또는 Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au, Re-Ti-Au 중 선택된 어느 하나의 3중층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 6,
The ohmic contact electrode may be formed of at least one of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn, Mo, Formed of an electrode thin film having any one of a double-layer structure selected from Pt-Ga, In-Au or any one selected from Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au and Re- Wherein the sensor is a piezoelectric sensor.
제1항에 있어서,
상기 압전 박막층은 지르콘산(ZO), 바륨이 도핑된 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
The piezoelectric thin film layer may be formed of at least one selected from the group consisting of zirconate (ZO), barium-doped zirconate (ZO), zinc oxide magnesium (ZnOMg), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO) ) And iron (III) oxide (FeO3ZnO).
제1항에 있어서,
상기 압전 박막층은
티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(STO), 중 어느 하나로 형성되는 하부막과,
지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나로 형성되는 상부막을 포함하는 2중층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
The piezoelectric thin-
A lower film formed of any one of barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), and barium titanate (STO)
(ZO), zinc oxide (ZOOM), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO), lithium sulphate (Li2SO4), and iron trioxide oxide (FeO3ZnO). Layer structure including an upper layer and an upper layer.
제1항에 있어서,
상기 상부 전극층에 접속되는 접속용 배선과, 상기 접속용 배선에 접속되는 연결용 배선을 더 구비하고,
상기 상부 전극층과 상기 접속용 배선 및 상기 연결용 배선은 Au, Al, In 중 어느 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
The method according to claim 1,
A connection wiring connected to the upper electrode layer, and a connection wiring connected to the connection wiring,
Wherein the upper electrode layer, the connection wiring, and the connection wiring are formed of at least one of Au, Al, and In.
청구항 제1항에 따른 멤스 압전센서와;
상기 멤스 압전센서에서 발생하는 전기에너지를 에너지 저장부에 저장하기 위한 충전 회로부와;
상기 에너지 저장부에 저장된 전기에너지를 타 전기장치로 공급하기 위한 방전 회로부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서를 이용한 에너지 저장장치.
A MEMS piezoelectric sensor according to claim 1;
A charging circuit unit for storing electric energy generated in the MEMS piezoelectric sensor in an energy storing unit;
And a discharge circuit unit for supplying electric energy stored in the energy storage unit to another electric device.
서로 대향되는 상부와 하부에 각각 제1면과 제2면이 마련된 기판부를 준비하는 단계와;
상기 기판부의 제1면과 제2면에 각각 설정된 패턴의 지지층과 버퍼층을 형성하는 단계와;
상기 지지층 상에 오믹 또는 쇼트키 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 하부 전극층을 형성하는 단계와;
상기 하부 전극층 상에 압전 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 압전 박막층을 형성하는 단계와;
상기 압전 박막층 상에 쇼트키 또는 오믹 접촉 특성을 갖는 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 방식으로 분사하여 상부 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
Preparing a substrate portion provided with a first surface and a second surface on upper and lower surfaces facing each other;
Forming a support layer and a buffer layer on a first surface and a second surface of the substrate portion, respectively;
Forming a lower electrode layer on the support layer by spraying nano ink containing nanoparticles having ohmic or Schottky contact properties by an inkjet method;
Forming a piezoelectric thin film layer by spraying a nano ink containing nanoparticles having piezoelectric properties on the lower electrode layer by an inkjet method;
And forming an upper electrode layer by spraying a nano ink containing nanoparticles having a Schottky or Ohmic contact characteristic on the piezoelectric thin film layer by an inkjet method.
제13항에 있어서,
상기 압전 박막층은 적어도 상기 하부 전극층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 하부 전극층의 측면 일부가 노출되게 형성되며,
상기 상부 전극층은 적어도 상기 압전 박막층의 상면 일부를 점유하도록 형성되고, 적어도 상기 압전 박막층의 측면이 노출되게 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
The piezoelectric thin film layer is formed to occupy at least a part of the upper surface of the lower electrode layer, at least a side surface of the lower electrode layer is exposed,
Wherein the upper electrode layer is formed to occupy at least a part of the top surface of the piezoelectric thin film layer, and at least a side surface of the piezoelectric thin film layer is exposed.
제13항에 있어서,
상기 기판부는 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the substrate portion is made of silicon.
제13항에 있어서,
상기 지지층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the support layer is formed of one of silicon oxide and silicon nitride.
제13항에 있어서,
상기 지지층은 상기 기판부와 일체로 형성된 기판층과, 상기 기판층 상에 형성되는 표면층을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서.
14. The method of claim 13,
Wherein the supporting layer includes a substrate layer formed integrally with the substrate portion, and a surface layer formed on the substrate layer.
제13항에 있어서,
상기 상부 전극층과 상기 하부 전극층 중 어느 하나는 쇼트키(Schottky) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속되고, 나머지 하나는 오믹(Ohmic) 접촉 전극을 통해 상기 압전 박막층에서 생성된 전기신호를 전달하도록 접속된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
One of the upper electrode layer and the lower electrode layer is connected to transmit an electric signal generated in the piezoelectric thin film layer through a Schottky contact electrode and the other is formed in the piezoelectric thin film layer through an ohmic contact electrode, And to transmit the electric signal.
제18항에 있어서,
상기 쇼트키 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 단일층 내지 복합층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
19. The method of claim 18,
The Schottky contact electrode may be formed by a single layer or a multiple layer structure by inkjet printing using a nano ink containing at least one kind of nano particles of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Wherein the first electrode is formed of an electrode thin film having a first electrode and a second electrode.
제18항에 있어서,
상기 오믹 접촉 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn 또는 Mo, Ag 중 적어도 한 종류 이상의 나노입자가 함유된 나노잉크를 잉크젯 프린팅 기법에 의해 형성된 Ti-Au, Ti-Pt, Pt-Ga, In-Au 중 선택된 어느 하나의 2중층 구조 또는 Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au, Re-Ti-Au 중 선택된 어느 하나의 3중층 구조를 갖는 전극박막으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
19. The method of claim 18,
The ohmic contact electrode may be formed of at least one of Ti, Au, Al, Pt, Ga, In, Re, Sn, Mo, Formed of an electrode thin film having any one of a double-layer structure selected from Pt-Ga, In-Au or any one selected from Ti-Al-Pt-Au, Al-Pt-Au and Re- Wherein the piezoelectric sensor is a piezoelectric sensor.
제13항에 있어서,
상기 압전 박막층은 지르콘산(ZO), 바륨이 도핑된 지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
The piezoelectric thin film layer may be formed of at least one selected from the group consisting of zirconate (ZO), barium-doped zirconate (ZO), zinc oxide magnesium (ZnOMg), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO) ), Zinc iron oxide (FeO3ZnO), and the like.
제13항에 있어서,
상기 압전 박막층은
티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(STO), 중 어느 하나로 형성되는 하부막과,
지르콘산(ZO), 산화 아연 마그네슘(ZnOMg), 티탄산 바륨 스트론튬(BSTO), 티탄산 스트론튬(STO), 티탄산 바륨(BTO), 황산리튬(Li2SO4), 삼산화 철 산화 아연(FeO3ZnO) 중 어느 하나로 형성되는 상부막을 포함하는 2중층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
The piezoelectric thin-
A lower film formed of any one of barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), and barium titanate (STO)
(ZO), zinc oxide (ZOOM), barium strontium titanate (BSTO), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO), lithium sulphate (Li2SO4), and iron trioxide oxide (FeO3ZnO). Layer structure including the upper layer and the upper layer.
제13항에 있어서,
상기 상부 전극층에 접속되는 접속용 배선과, 상기 접속용 배선에 접속되는 연결용 배선을 더 구비하고,
상기 상부 전극층과 상기 접속용 배선 및 상기 연결용 배선은 Au, Al, In 중 어느 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 압전센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
A connection wiring connected to the upper electrode layer, and a connection wiring connected to the connection wiring,
Wherein the upper electrode layer, the connection wiring, and the connection wiring are formed of at least one of Au, Al, and In.
제13항에 따른 멤스 압전센서의 상기 지지층 상에 상기 하부 전극층에 접속되는 하부 전극층 접속용 배선과, 상기 지지층 상에 상기 하부 전극층 접속용 배선들을 연결하는 하부 전극층 연결용 배선이 일체화되게 하부 전극층 패턴을 형성하는 단계와;
상기 지지층 상에 상기 상부 전극층에 접속되는 상부 전극층 접속용 배선과, 상기 지지층 상에 상기 상부 전극층 접속용 배선을 연결하는 상부 전극층 연결용 배선이 일체화되게 상부 전극층 패턴을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 제조방법.
13. A method of manufacturing a piezoelectric sensor according to claim 13, wherein a lower electrode layer connection wiring connected to the lower electrode layer on the support layer of the MEMS piezoelectric sensor according to claim 13 and a lower electrode layer connection wiring for connecting the lower electrode layer connection wiring on the support layer are integrated, ; ≪ / RTI >
And forming an upper electrode layer pattern on the supporting layer so that the upper electrode layer connecting wiring connected to the upper electrode layer and the upper electrode layer connecting wiring connecting the upper electrode layer connecting wiring on the supporting layer are integrated with each other ≪ / RTI >
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