ZnO 압전박막을 이용한 초음파센서의 제작 및 특성

국문 초록 (Abstract)

超音波 센서에서는 一般的으로 超音波를 發生시켜 이것을 변환기로 發射하여 目的物에서 散亂되어 돌아오는 超音波를 센서로 受信하는 能動方式이 利用된다. 따라서 한정된 周波數에서 送受信 感度가 높고 安定된 特性을 가진 센서가 좋은 것이다. 그러나 매질을 통해 超音波가 傳達될때 매질내에서의 감쇄는 周波數의 제곱에 비례하는 반면, 分解能은 周波數가 높아지면 向上된다. 그러므로 應用分野에 따라 센서의 周波數는 달라진다. 즉 醫學用이나 일부 産業用에서는 감쇄보다는 分解能이 좋은 1㎒이상이 利用되며, 水中에서의 應用은 分解能보다는 감쇄가 적은 100㎑근처의 超音波가 利用된다. 따라서 이에 따른 壓電材料도차이가 나게된다. 周波數가 낮으면 센서의 두께가 비교적 두꺼워지게 되며, 이때는 PZT자기나 BaTiO_3, 석영 등이 이용된다. 높은 周波數를 利用할 때는 두께가 얇아야하므로 薄膜을 利用하게 되며 이 경우 ZnO 壓電薄膜이 주로 利用된다.
超音波센서는 특히 self-guided 차량의 衝突 防止, 패턴인식, 場所監視, phased 어레이技術, 로보트에서 精密한 位置 測定등에 利用될 수 있다. 이들 중 産業體에서 使用되는 自動化기기 즉 로보트의 視覺으로 利用될 수 있는 넓은 範圍 周波數에 應答하는 超音波센서는 應用範圍가 넓으며 대단히 重要하다. 이러한 分野에서 利用되는 超音波 센서나 高效率의 SAW센서에서는 주로 配向性이 좋은 良質의 ZnO 壓電薄膜을 利用한다. 이렇게 應用分野가 多樣한 ZnO 壓電薄膜을 良質의 것으로 成長시킬 수 있는 方法을 硏究하는 것이 무엇보다 重要하다고 생각된다.
본 硏究에서는 이러한 特性을 가진 ZnO 壓電薄膜을 만들기 위해서 c軸 配向의 基板溫度 依存性, c軸 配向의 膜의 부착 速度 依存性, 膜의 電氣抵抗의 부착 速度 依存性 그리고 c軸 配向의 分散性과 입경 등의 物理的 特性을 觀察하여, ZnO 壓電薄膜의 特性을 調査하고, 이壓電薄膜으로 高周波 超音波 센서를 製作하여 特性을 調査하였다.