Fabrication of $Al/PZT/RuO_2$ Micro Cantilever System and Computer Simulation of Resonant Characteristics

$Al/PZT/RuO_2$ 마이크로 갠틸레버의 제작과 공진 특성 전산모사

  • 정용재 (한양대학교 세라믹공학과) ;
  • 유웅현 (한양대학교 세라믹공학과) ;
  • 홍경일 (한양대학교 세라믹공학과) ;
  • 최덕균 (한양대학교 세라믹공학과) ;
  • 김태송 (한국과학기술연구원 마이크로시스템 연구센터)
  • Published : 2001.07.01

Abstract

본 연구에서는 마이크로 내시경용 바이오 센서로 응용하기 위한 Al/PZT/RuO$_2$로 이루어진 마이크로 캔틸레버를 제작하였으며, 공진 특성 및 병원체의 흡착에 따른 공진 특성 그리고 검출 감도(sensitivity)에 미치는 구조적인 영향을 전산모사를 통하여 알아보았다. 길이 100$mu extrm{m}$, 폭 50$\mu\textrm{m}$, 두께 0.3$\mu\textrm{m}$/0.25$\mu\textrm{m}$/0.7$\mu\textrm{m}$ (Al/PZT/RuO$_2$)의 크기의 제작된 마이크로 캔틸레버는 89kHz의 공진주파수를 가지고 있음을 전산모사를 통해 알 수 있었다. 바이오 센서로 응용될 때의 검출 감도는 흡착 질량의 증가에 비례하여 향상되었으며, 5% 이상의 검출 감도를 갖기 위해서는 흡착 질량이 약 5 나노그램 이상이 되어야 함을 확인할 수 있었다. 캔틸레버의 크기를 결정하는 길이, 폭, 두께중 사용 주파수 대역은 길이의 조절을 통하여 결정할 수 있고, 검출 감도의 향상을 위해서는 가능한 한 두께를 얇게 해야 함을 알 수 있었다. 반면에 폭의 변화는 공진주파수나 검출 감도에 거의 영향을 미치지 않았다.

Keywords

References

  1. Micromachined Transducers Source-book G. T. A. Kovacs
  2. 요업재료의 과학과 기술 v.9 no.6 고유전율 박막재료의 ULSI-DRAM에서의 응용 현황과 전망 황철성
  3. Integrated Ferroelectrics v.5 Fatigue and Retention of Pb($ZrO_{0.53}T_{0.47}$)O₃Thin Film Capacitors with Pt and RuO₂Electrodes H. N. Al-Shareef;K. R. Bellur;O. Auciello;A. I. Kingon
  4. J. Mater. Res. v.9 no.11 Contribution of Electrodes and Microstructures to the Electrical Properties of Pb($ZrO_{0.53}T_{0.47}$)O₃Thin Film Capacitors H. N. Al-Shareef;A. I. Kingon;X. Chen;K. R. Bellur;O. Auciello
  5. Jpn. J. Appl. Phys. v.39 no.5 Cantilever Type Lead Zirconate Titanate Microactuator Utilizing Ruthenium Oxide S-H. Lee;M-S. Jeon;K-I. Hong;J-W. Lee;C-K. Kim;D-K. Choi
  6. Introduction to Finite Element Analysis Using ANSYS(3rd E.) 손창현
  7. ANSYS Verification Manual(3rd E.)
  8. CRC Handbook of Chemistry and Physics(81st E.) D. R. Lide
  9. Proceeding of the 1st KIEE Symposium v.15 산화물 전극을 이용한 압전 마이크로 액츄에이터 제작 이선호;홍경일;최덕균
  10. ANSYS Structural Analysis Guide
  11. Rew. Sci. Instrum. v.68 no.5 Characterization of Micromachined Piezoelectric PZT Force Sensors for Dynamic Scanning Microscopy C. K. Lee;T. Itoh;R. Maeda;T. Suga
  12. CRC Handbook of Chemistry and Physics(81st E.) D. R. Lide
  13. The Materials Selector(2nd E.) v.3 N. A. Waterman;M. F. Ashby