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피에조 (Piezo)

 

피에조란?

피에조는 압전 소자 (Piezoelectric Element, Piezoelectric Device)를 뜻합니다. 압전 소자는 힘 (압력)을 가함으로써 전압을 발생 (압전 효과)시키거나, 전압을 가함으로써 변형 (역압전 효과)시키는 디바이스입니다.

피에조의 효과

압전 소자는 압전 효과를 지닌 압전 재료가 사용됩니다. 힘을 가하면 (+) 플러스 이온, (-) 마이너스 이온의 위치가 변동되어 (+)와 (-) 전하가 치우치게 되고 (전기 분극), 전압이 발생합니다.

전기 분극의 원리 전기 분극으로 인한 전압의 발생

이러한 압전 효과를 이용한 주요 용도는 센서이며, 역압전 효과를 이용한 것은 액추에이터입니다.

피에조 재료의 종류

피에조 (압전) 재료를 크게 분류하면, 단결정, 세라믹스, 박막 등으로 분류됩니다.

피에조의 재료

로옴은 티탄산 지르콘산 연 (PZT)을 사용한 박막 피에조를 취급하고 있습니다.
PZT는 원소 기호 (PbZrxTi1-xO3) (0<x<1)의 이니셜의 조합이며, 압전 성능이 매우 높아 압전 디바이스의 주역이라고 할 수 있는 재료입니다.

박막 피에조와 벌크 피에조

대략적으로 두께가 수 μm정도인 것을 박막 피에조 (압전 박막), 수십 μm 이상인 것을 벌크 피에조 (후막 피에조)라고 합니다.
박막 피에조를 이용함으로써, 디바이스의 소형화, 집적화, 고정밀도화, 저소비전력화가 가능해집니다.

박막 PZT의 성막 (증착) 방법

박막 PZT를 성막 (증착)하기 위한 방법으로는 졸겔 (Sol-gel) 법, 스퍼터링 (Sputtering) 법, MOCVD 법 등이 있습니다. 하기 표는 각각에 대한 특징입니다.

  졸겔 (Sol-gel) 법 스퍼터링 (Sputtering) 법 MOCVD 법
  졸 상태의 액체를 기판에 도포후 가열하고 구워, 막을 형성시킨다. 원하는 막 두께를 얻기 위해서는 기본적으로 상기 사이클을 여러 번 반복해야 한다. 높은 에너지의 Ar 이온을 타겟에 충돌시키고, 그 충격으로 분출된 타겟의 물질을 기판에 부착시켜 막을 형성시킨다. 챔버 내에 유기 금속 원료를 주입하고, 화학 반응을 통해 막을 형성시킨다. 원자층 오더로의 후막 제어가 가능하다.
압전 성능
스루풋
(Throughput)
×
신뢰성
균일성
분극 안정성
비용
용도 액추에이터
(1~3μm)
액추에이터 or 센서
(1~5μm)
FeRAM
(<100nm)

로옴의 박막 피에조 MEMS 파운드리는, 최첨단 박막 피에조 및 LSI 미세 가공 기술과 풍부한 양산 실적을 융합시킴으로써 소형, 저전력, 고성능 제품의 실현을, 프로토타입 제작에서 개발, 양산까지 토탈 서포트합니다.

> 박막 피에조 MEMS 파운드리 (서비스 소개)

다음 페이지에서는 피에조에 관련된 용어에 대해 간단하게 설명하겠습니다.

전자 기초 지식