압전 박막 센서 기술 개발 동향
김동주 공학박사, Auburn 대학교 재료공학과 교수

1. 서론
압전 소재는 전기적 에너지가 기계적 에너지 또는 기계적 에너지가 전기적 에너지로 변화되는 특성 때문에 센서 및 액츄에이터 소재로 많이 응용되어 왔다. 압전 센서는 주로 기계적 변형에 의하여 발생되는 전기 분극을 응용하는 것으로, 센서의 실 예로 진동, 가속도, 각속도, 유량, 압력 및 어쿠스틱 센서 등이 있다. 압전재료는 온도 변화를 전기적 출력으로 변환시켜주는 초전(pyroelectric) 효과를 나타내며 이와같은 특성을 이용하여 적외선 센서로 응용되기도 한다.
반도체 공정 기술의 발전과 더불어 압전 박막을 MEMS 소자로 응용하기 위한 연구가 90년대 중반부터 전세계적으로 다양한 제품을 목표로 광범위하게 진행되고 있다. 일반적인 기계 가공의 한계를 극복한 MEMS 기술의 초정밀 미세가공을 통하여 미소 구조물을 제작하거나 이를 전기적 또는 광학적 기능과 집적화 함으로써 소형화, 고성능화, 저전력, 다기능화, 집적화가 가능하게 되었다. 또한 일체화된 집적 시스템의 구현이 가능하므로 일괄 공정으로 인한 가격의 하락은 MEMS 센서 소자가 시장으로 보급될 수 있는 큰 장점이라 할 수 있다. 기존의 ZnO와 AlN 압전박막 등을 비롯하여 강유전체 박막의PZT 박막은 반도체 공정기술의 발달로 인하여 우수한 압전특성이 가시화 되고 있기 때문에 압전 MEMS 소자로의 적용이 활발히 진행되고 있다.
압전 재료가 기존에 반도체 공정에 사용되어 왔던 기존 실리콘 계의 재료가 아니기에 추가 공정 및 오염 방지가 필요하지만, 다음과 같은 장점은 압전박막을 MEMS 소자로의 적용하려는 노력을 가속화하고 있다. 첫째 압전 센서는 기존의 실리콘 계통의 재료를 이용한 MEMS 소자와는 달리 외부 신호를 측정하기 위한 전력을 필요로 하지 않는다. 물론 신호 증폭 등을 위한 전력은 기존의 센서와 같이 필요하지만, 압전 박막을 이용한 MEMS 소자는 적은 전력으로 작동할 수 있다. 특히 외부 진동이 있는 곳에 센서를 설치하면 진동을 동력으로 전환하여 스스로 필요한 에너지를 충당하도록 설계할 수 있다. 이와 같은 개념은 현재 에너지 전환(energy harvesting) 소자로 연구가 많이 진행되고 있다. 둘째로 압전 MEMS 소자는 작은 구동 전압으로 이력현상이 작고 큰 변위를 발생시킬 수 있는 액츄에이터(actuator)로도 유용하다. 정전압(electro
static) 방식은 제작 공정이 수월하고 비교적 높은 변위를 발생시킬 수 있지만, 동작 전압이 높고 이력현상(hysteresis)이 단점으로 작용된다. 전류를 이용하여 변위를 제어하는 열 또는 자기 액츄에이터 소자는 많은 전력이 필요하며 늦은 응답속도가 단점으로 지적된다. 이와 같은 액츄에이터는 향후 센서가 반응을 감지할 뿐만 아니라 능동적으로 대처하는 지능형 센서를 개발하기 위하여 필수적인 요건 중 하나로 여겨진다. 위에서 언급한 장점 뿐 아니라 고주파에서 우수한 성능 및 소형화시 급격하지 않은 물성 변화 또한 압전 박막을 이용한 MEMS 소자의 장점이라 할 수 있다.

2. 압전 박막 센서를 위한 압전 특성 및 압전재료
가. 압전 박막의 특성
MEMS 소자에 사용되는 압전 박막과 기존의 벌크 압전 재료에는 구조에서 비롯되는 물성의 차이를 이해해야만 고성능의 센서소자를 구현할 수 있다. 박막과 벌크의 경우 모두가 압전재료와 기계적 지지대 역할을 하는 다른 재료와 함께 구조를 이루며 소자를 이루고 있지만, 박막의 경우 압전 재료에 비하여 비압전재료 즉 기판이 차지하고 있는 비중이 벌크에 비하여 더욱 크므로 압전박막 소자의 특성이 기판에 의하여 많이 좌우된다. 이에 반하여 벌크 압전 소자는 압전재료가 더 큰 부피를 차지하므로 위와 같은 기판 의존성은 매우 적다. 수식적으로 박막 압전 재료의 압전 상수를 벌크 압전재료의 압전상수와 연관지어 나타낼 수가 있으며 수식은 다음과 같다.
여기서 첨자 3은 박막이 증착되어 있는 면과 수직인 면을 나타내며, 첨자 1은 수평인 면, 상수 f는 측정된 압전상수, 즉 유효압전상수를 나타내고, s는 탄성계수를 의미한다. 위의 식에서 볼 수 있듯이 측정되는 박막의 d33압전상수(d33,f)는 항상 벌크의 압전상수에 비하여 작게 나온다. 반면 다른 방향 즉, 수평방향으로의 박막압전상수 e31은 벌크에 비하여 크게 나온다. 이와 같은 현상은 모두 기판이 존재하므로 발생하는 것으로 압전박막을 이용한 MEMS 센서 구조 설계에 중요한 인자가 된다. 기본적인 멤스의 구조는 그림 1에서 나타냈듯이 캔틸레버, 브릿지와 멤브레인으로 구분될 수 있으며, 응용 목적에 따라 구조가 선택된다.
박막으로서의 압전재료 특성 변수에 대한 이해와 더불어 멤스 공정을 위한 변수 및 최적화에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 고성능 압전 멤스 소자를 구현하기 위한 몇가지 필수 조건은 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째 웨이퍼에 압전특성이 우수하고 균일한 박막을 증착하는 기술 개발, 둘째 재현성이 있고 균일한 압전재료의 식각 가공 공정 개발, 셋째로 압전 박막을 포함하고 있는 MEMS 구조물의 잔류응력 등을 최소화하여 디자인한 특성이 발현되도록 해야 한다. 압전 박막도 다른 MEMS 소자와 유사하게 실리콘 웨이퍼 기판을 주로 사용하고 있다. 그러므로 4인치 혹은 더 큰 웨이퍼 기판 위에 특성이 우수한 압전 박막을 균일하게 증착하는 기술이 필수적이다. 또한 증착된 압전 박막이 식각용액이나 플라즈마 공정으로 선택적이며 균일하게 가공할 수 있도록 공정을 개발하여 원하는 미세구조를 제작하는 것 또한 매우 중요하다. 이와 같은 기술은 PZT와 같은 압전박막이 비휘발성 메모리 소자로 응용하고자 기술을 개발하였던 90년대에 많은 연구가 진행되었고 기술 개발이 이루어졌지만, 압전 박막의 잔류응력 등을 조절하여 우수한 압전 특성을 나타내는 박막을 MEMS구조로 구현하는 기술, 박막 상태에서 압전 특성에 대한 이해, 그리고 표준화된 압전 박막의 압전특성을 측정하고 분석하는 연구는 더 필요하다고 할 수 있다.

나. 압전 박막 재료
기존의 압전박막 재료로는 ZnO와 AlN를 꼽을 수 있다. 이러한 압전재료는 결정의 [0001] 방향으로 압전특성이 발현되므로, 박막 형태로 기판위에 ZnO와 AlN 증착할 때 [0001]방향으로 결정배향성을 나타내도록 공정조건을 조절하는 것이 필수적이다. 만일 위의 방향으로 박막이 성장하지 않을 경우 압전특성이 발현되지 않는다. 여러 박막 공정 중 스퍼터링을 이용한 방법이 [0001] 방향으로 조절이 용이한 것으로 보고되고 있다. ZnO와 AlN의 특성을 비교하면 두 물질의 압전상수는 비슷한 값을 나타내며, AlN는 에너지띠간격(bandgap)이 커서 전기 전도성이 낮은 장점을 가지고 있으며 ZnO은 비교적 진공도나 진공증착 조건에 덜 민감한 장점을 나타낸다. 현재 많은 전기 통신용 필터 소자가 위의 재료를 이용하여 제작되고 있다.
PZT와 같은 강유전체 압전재료는 압전상수가 ZnO나 AlN에 비하여 매우 크므로 압전 박막을 이용한 MEMS 센서 및 액츄에이터 소자로 많이 응용되고 있다. 위의 세가지 재료의 개략적인 특성비교는 표 1에 나타내었다. PZT경우, 각 원소의 비율에 따라 물성이 달라지므로 조성이 원하는 대로 조절되어야 한다. 특히 PZT의 납성분은 박막 공정 중에 휘발하여 전체 조성이 달라질 수도 있다. 그리고 압전특성을 나타내는 강유전의 결정상만이 박막에 존재해야 하며, 결정립의 크기에 따라서 박막의 물성이 바뀌므로 이들을 고려한 공정조건의 최적화가 선결되어야 한다. 다행히도 강유전체 비휘발성 메모리에 관련된 많은 연구로 인하여 기반기술에 관한 정보와 문헌 그리고 강유전막 증착을 위한 시설을 비교적 용이하게 사용할 수 있다. 압전박막 센서 응용을 위해서는 박막의 압전특성이 우수해야 하며, 다음과 같은 인자를 고려해야 한다. 첫째 압전상수가 큰 값을 나타내기 위해서는 morphotoropic phase boundary(MPB) 조성을 선택해야 한다. PZT계 압전 세라믹은 PbZrO3(rhombohedral phase)와 PbTiO3(tetragonal phase)의 고용체로 이루어 진다.
높은 전기기계 결합계수와 압전 상수는 이 두 상의 경계에 있는 morphotoropic phase boundary (MPB)에서 얻어진다. 일반적으로 압전재료의 상전이 온도가 낮은 조성에서 압전상수가 높은 값을 얻을 수 있다. 그러나 위의 조건은 분극이 쉽게 풀릴수 있으며(depoling) 낮은 임계전압(coercive field)으로 압전센서 응용에 제한이 있을 수 있다. 최근에는 MPB 조성을 나타내며 높은 상전이 온도를 갖는 재료에 관한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어 BiScO3-PbTiO3 재료는 높은 압전상수 (d33~465 pC/N)와 450℃의 높은 상전이 온도가 보고되었다. 둘째로 박막의 우선배향성을 고려해야한다. 압전특성은 결정의 비등방성에 기인하므로, 압전박막의 우선 배향성은 박막의 압전 상수에 매우 큰 영향을 미친다. 박막의 우선 배향성은 기판의 선택, 박막이 두께와 같은 변수에 많이 좌우된다. 그림 3은 1마이크로미터 두께로 증착된 PZT박막의 압전상수값이 조성과 우선배향성에 따른 변화를 보여준다. 셋째로 다른 박막에서와 같이 압전 박막도 결정립 크기, 두께, 결정 결함, 박막 증착후 발생되는 잔류응력 등이 압전특성에 발현에 큰 영향을 미친다. 그러므로 사용되는 기판, 박막 센서 구조를 위하여 사용되는 다른 박막층, 그리고 공정조건의 제어가 필수적이라 할 수 있고, 이에 대한 자세한 모델링, 정성적 분석이 현재 많이 연구되고 있다.

3. 압전 박막의 센서 소자로의 응용
본 장에서는 압전박막을 이용한 몇가지 실예 및 원리를 소개하고자 한다.
가. 초음파 센서
사람이 들을 수 있는 소리는 마이크나 이어폰처럼 일반적으로 사용되고 있으나 인간의 귀로는 감지할 수 없는 초음파는 PZT와 같은 압전 세라믹스를 재료로 한 초음파 센서로 감지한다. 압전재료는 동시에 초음파를 발생시킬 수 있어, 의학 초음파 영상에 많이 응용되고 있다. 이는 초음파가 공기, 물과 같은 매질에 따라 속도와 방향이 달라지고 성질이 다른 매질에서는 일부는 반사하고 일부는 통과한다는 성질을 이용한다. 초음파 센서는 초음파가 반사되어 돌아오는 시간으로부터 거리측정, 물체감지 및 자동차 후방 충돌 감시시스템 뿐만 아니라 로봇 등에 이용되고 있다. 공기 중에서는 레이더에 쓰이는 전자기파가 물속에서는 감쇄효과가 커서 사용이 어려운데 반해 초음파는 감쇄효과가 작아 수심측정 및 어군 탐지기 등에 사용된다.
MEMS 초음파 트랜스듀서(transducer)는 고정밀 공정을 이용하여 제조되므로 고분해능, 실시간의 초음파 영상을 구현할 수 있기에 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 초음파 발진 및 감지하는 초음파 트랜스듀서를 2차원으로 배열하면 3차원의 고분해능 초음파 영상을 얻을 수 있다. 기존의 벌크 재료를 바탕으로 평면에 2차원적으로 압전재료를 배열하여 어레이(array)를 구성할 수 있지만 각각의 트랜스듀서를 연결하기위한 배선이 힘들어 제작에 많은 제약이 있다. 이에 반하여 MEMS 공정은 2차원 압전 박막 어레이를 반도체 공정처럼 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다. 위와 같은 목적을 위해서 압전 박막뿐만 아니라 정전압 방식의 MEMS 구조도 함께 연구되고 있다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 두 방식 모두 멤브레인 구조를 하지만 초음파를 발진하는 방식에서 차이점을 나타낸다. 정전압 방식은 전기기계결합계수(coupling coefficient)가 큰 것이 장점이다. 실험적으로 대략 70% 이상의 전기기계결합계수 값이 보고되었다. 이에 반하여 압전 박막을 이용한 초음파 멤스의 전기기계결합계수는 이론적으로 약 20%, 그리고 측정되어 보고된 값은 약 6%정도이다. 압전 방식의 작은 효율에도 불구하고 압전 구조는 초음파 구동 및 감지를 동시에 할 수 있고, 정전압 방식에서 요구되는 직렬바이어스를 구조에 가해줄 필요가 없다. 또한 큰 유전용량과 낮은 임피던스는 압전 방식이 정전압 방식에 비하여 고성능의 소자의 구현에 유리한 장점이라고 여겨진다. 그림 4에서 압전박막을 이용하여 제작된 센서 어레이를 나타낸다.
초음파 영상뿐만 아니라 다리, 건물, 차량 등과 같은 구조물에 존재하는 균열이나 흠을 초음파 센서로 찾아낼 수 있다. 콘크리트로 만든 다리의 균열 존재유무를 이미 초음파로 조사하고 있다. 균열이 발생할 때는 우리 귀에는 들리지 않는 소리가 나며, 균열이 커질 때도 소리가 난다. 이 소리를 듣고 지금 어는 곳에서 균열이 나고 있는지 해석할 수 있다면 현재 사용하고 있는 장치의 재료가 어느 정도의 수명을 가지고 있는지 추정할 수 있다. 이와같이 구조물에 압전 박막 MEMS 소자를 임베딩하여 연속적으로 감지하려는 연구가 시도되고 있다. 또한 센서 소자에 통신 및 다른 부가기능을 함께하여 집적화하여 지능화한 센서망을 형성하기 위한 시도도 이루어지고 있다. 유사한 원리로 만일 땅속에 압전센서를 묻어 놓으면 지각 변동을 연속적으로 감지할 수 있을 것이며, 석유, 천연가스 등의 축적된 지각구조나 중금속이 집적된 곳도 알 수 있다. 같은 원리로 바다 속에서도 어군의 탐지, 수온의 분포, 해류의 경계 등도 조사할 수 있다.
최근에 광음향 (electroacuostic)효과를 이용하여 압전 초음파 센서가 일반적으로 측정이 힘든 이산화탄소를 감지하는 가스 센서로의 응용이 보고되었다. 선택성과 감도가 우수한 광음향 방식은 압전 박막의 멤스 구조와 적외선 광원을 같이 패키징하여 제조한다. 원리는 그림 5에 나타냈듯이 이산화탄소가 적외선에 의해 변조(modulation)되므로써 압력이 증가한다. 증가한 압력은 캔틸레버나 브리지와 같은 압전 MEMS 구조에 변형을 발생시키고 이로 인해 압전박막에 발생되는 전하를 가지고 감지한다. 약 300ppm의 이산화탄소 농도가 압전 MEMS 소자에 의하여 측정되어 보고되었다.

나. 질량 센서
미량의 질량을 측정할 수 있는 센서는 액체 환경을 포함하여 화학 환경과 생물 환경에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 예를들어 수정과 같은 압전재료는 시계에서 사용되고 있듯이 규칙적인 진동이 발진한다. 수정진동자의 전극면에 물질이 부착되면 그 물질의 질량 증가분에 해당하는 만큼 수정의 공진주파수가 낮아진다. 이 원리는 진공증착기에서 증착된 박막의 두께를 감지하는 센서로 현재 사용되고 있다. 만일 압전재료의 표면에 항체를 도포하고 여기에 항원-항체 반응을 이루면, 반응한 항원의 질량만큼 공진주파수가 변하는 원리를 이용하여 바이오 센서로 활발히 연구가 진행되고 있다. 그림 6에서는 측정원리를 마이크로캔틸레버의 예를 들어 나타내었다. 현재 수정 진동자를 이용한 제품은 이미 시장에 나와있으며, 현재 감도를 증가시키기 위하여 압전 박막을 이용한 공진 소자 개발에 집중하고 있다. 압전 박막을 이용한 공진소자로는 표면 음향파(SAW: surface acoustic wave) 센서, flexural plate파 센서, 마이크로 캔틸레버 센서 등을 대표적으로 들 수 있다. 이와 같은 소자는 센서뿐만 아니라 통신 필터 응용을 위하여도 활발한 기술 개발이 진행되고 있다.
압전박막 센서의 구조는 일반적으로 실리콘 등과 같은 웨이퍼 위에 압전박막과 금속 전극 막을 제작한다. 센서 표면에 도포되는 것에 따라 화학물질을 측정할 수 있는 센서로 쓰이기도하고 바이오 물질을 감지하는 소자로 응용되기도 한다. 바이오 물질을 감지하기 위해서는 센서가 액체상에서도 작동해야 하므로 압전 박막 구조가 절연이 된 상태로 유지할 수 있도록 제작해야 하며, 액체의 저항으로 인한 구조의 감도저하(damping)를 최소화하도록 제작해야 한다.  마이크로캔틸레버의 경우 대략 펨토그램(10-15 gram) 수준의 미소한 질량을 측정할 수 있다. 특히 압전재료를 이용한 캔틸레버는 센서에서 발생되는 질량 변화를 전기적 신호로 용이하게 측정할 수 장점이 있다. 전자현미경에 사용되는 것과 유사한 기존의 비압전 재료 캔틸레버는 외부의 광학장치를 이용해서 측정해야하는 단점이 있다. 압전박막 MEMS 소자는 휴대용 바이오 센서 시스템을 구현하기 용이하며, 센서시스템의 크기가 작기때문에 시료를 채취해서 실험실로 시료를 운반하는 과정없이 현장에서 즉시 바이오물질을 감지하고 결과를 확인할 수 있다. 또한 감도가 기존 방식에 비해 더욱 민감하기 때문에 각종 유해 바이오 물질의 조기발견과 조기 경보가 가능할 수 있다. 더 나아가 기존 모니터링 방식에서 사용하는 시약도 필요 없고, 이들 사용에 따른 폐기물도 발생하지 않기 때문에 경제적이고 환경친화적이라고 할 수 있다. 바이오 센서를 이용한 위해 물질 모니터링 방식은 병원의 위생 환경 모니터링, 군사 및 테러 예방 목적의 생화학 무기 감시, 질병 진단 등의 목적으로 활용될 수 있어 현재 많은 연구가 진행되고 있다. 더 나아가 칩 하나로 다양한 위해 물질을 동시에 모니터링하는 지능화 센서시스템으로 이 기술을 발전시킬 수 있을 것이다.

다. 가속도 센서
가속도 센서는 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하며 관성력, 전기변형, 자이로의 응용 원리를 이용한 것이다. 가속도 센서는 물체의 운동상태를 순시적으로 감지할 수 있으므로, 자동차, 기차, 선박, 비행기 등 각종 수송수단, 공장자동화 및 로봇 등의 제어시스템에 있어서 필수적인 소자이며, 그 활용 분야는 대단히 넓다. 반도체 기술을 이용하여 제작하는 반도체식 가속도는 기계적 신호를 전기적 신호로 바꾸어 주는 변환소자에 따라 압전식, 정전용량식 또는 압저항(piezore
sistive) 방식으로 나뉠수 있다. 반도체 기술을 이용한 가속도 센서의 구조는 캔틸레버나 브리지와 같은 구조에 질량(proof mass)을 미세가공하여 제작한다. 그림 7에서 기본 구조를 나타내었고 제작된 센서구조를 보여준다.
그림에서와 같이 센서구조에 가해지는 가속도의 크기에 따라 멤스 구조물에 가공한 질량이 가속도의 크기만큼 움직이며 움직인 변위가 신호로 측정된다. 압전형은 압전재료가 변위가 전기분극이 발생하는 점을 이용하며, DC 가속도의 측정이 불가능한 단점이 있지만 감도가 우수한 장점이 있다. 압저항형은 확산에 의한 저항만 형성하면 되므로 다른 센서에 비하여 공정이 간단하며, 선형성 및 주파수 특성이 좋으며 DC 가속도의 측정이 가능하다. 정전용량형은 미세구조부의 변위에 의한 용량변화를 측정하며, 감도(sensitivity)는 높은 반면에 공정이 상대적으로 복잡하며, 주파수변환 회로가 한 칩내에 실장 되어야 하며, 선형성(lineality)이 나쁜 단점이 있다. 현재 PZT 압전막을 이용하여 다축 가속도 센서의 제작을 위하여 연구가 진행되고 있으며, interdigitated 전극 등을 이용하여 다른 모드의 압전상수를 이용하여 감도를 증진시키는 노력도 진행되고 있다.
라. 적외선 센서
적외선은 물체에 조사되었을 때 열이 발생하게 된다. 온도가 변할때 초전성(pyroelectricity)에 의하여 압전재료 표면에 전하가 발생하고 전압차가 생기는 원리를 이용한 것이 초전 적외선 센서이다. 이러한 적외선 센서는 가정에서 마이크로 오븐으로 요리할 때 음식물 온도를 측정하여 파워를 조절할 때나, 외부 침입자를 막는 도난 경보기에 사용된다. 적외선을 한쪽에서 조사하고 다른 쪽에서 센서가 감지하고 있을 때 침입자가 이 적외선을 차단하면 센서는 적외선이 조사되지 않기 때문에 경보를 울리게 된다. 때로는 에어콘 같은 곳에 부착하여 동작 센서로 사용되는데 사람의 체온에 의한 적외선을 감지하여 사람이 많거나 운동을 하여 몸에서 열이 많이 나면 에어콘이 자동으로 세게 작동하게 된다.
압전재료를 이용한 적외선 센서는 반도체형에 비하여 감도가 낮고 응답속도가 늦은 단점이 있지만 상온에서 동작이 가능하고 감도의 파장 의존성이 없는 점이 장점으로 꼽힌다. 압전재료로서는 높은 초전 상수와 낮은 열용량을 나타내는 재료가 유리하다. 초전특성 응용을 위한 압전박막은 벌크재료와 다음과 같은 점이 다르다. 첫째 박막의 경우 초전특성이 좋고, 임계전압이 크기때문에 PbTiO3가 이상적이다. 그러나 벌크의 경우에는 소결 등의 공정에서 균열이 자주 발생하여 PbTiO3은 최적의 조성이 아니다. 둘째로 박막의 경우 우선 방위를 조절할 수 있기때문에 초전특성을 최적화하도록 압전막을 성장시킬 수 있다. 압전박막을 이용한 적외선 센서 소자는 일반적으로 박막을 브리지와 같은 구조위에 집적화함으로써 제조할 수 있다. 그림 8에서 초전현상 적외선 센서의 원리와 Raytheon이 제작된 소자의 구조를 나타내었다. 현재 고성능 적외선 센서를 압전박막 개발 및 제조 단가를 낮춰 시장에 널리 보급하기 위한 공정 개발연구가 많이 진행되고 있다.
4. 맺음말
압전 세라믹스 시장에 일본 제품이 전체 시장의 대략 60% 이상을 차지하고 있으며 대부분 벌크 제품이 주류를 이루고 있다. 벌크 압전 세라믹스에 비하여 박막을 이용한 센서 제품은 아직 초기 단계라 할 수 있다. 최근 유럽, 일본 및 미국에서는 압전재료와 MEMS 기술을 이용하여 미세 정밀 소자 구현을 위한 기술 개발 및 이를 위한 많은 기초 연구가 진행되고 있으며 향후 이에 관련된 연구가 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 미래의 센서소자는 소형화, 지능화, 복합화를 통하여 초소형 다기능 센서구현을 이루는 방향으로 진행되므로 압전 박막과 같은 다기능 재료에 관한 체계적인 연구와 기업의 투자로 새로운 시장 및 원천 기술의 확보가 필수적이라 할 수 있다.

참고문헌
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그림 1. 압전박막의 센서 제작을 위한 대표적인 MEMS 구조
그림 2. PZT박막의 조성과 우선배향성이 압전상수에 미치는 영향
표 1. 대표적 압전 박막의 특성 비교
그림 3. (a)정전압 방식과 (b)압전 방식의 초음파 멤스 구조
그림 4. 압전 박막을 이용한 MEMS 센서 어레이
그림 5. 압전재료의 광음향(electroacuostic)효과를 이용한 가스센서 원리
그림 6. 압전 바이오 질량 센서의 원리
그림 7. 압전박막을 이용한 가속도 센서의 원리 및 제작 실 예(Southampton 대학)
그림 8. 초전방식 적외선 센서 개략도 및 제작된 구도(Raytheon)

필자약력
연세대학교 세라믹공학과 학사
연세대학교 세라믹공학과 석사
(미) North Carolina St. Univ. 재료공학 박사
한국과학기술연구원 위촉연구원
Argonne 국립연구소 박사후연구원
Auburn대학교 교수

<본 사이트에는 일부 표가 생략되었습니다. 자세한 내용은 월간세라믹스 2007년5월호를 참조바람.>