< 목 차 >

1. 압전 센서 및 AlN 소재

2. AlN 소재 국내외 기술 동향

3. AlN 소재 시장 전망

4. AlN 소재의 발전 전망

5. 결론 및 시사점

압전 센서 ★ 압전 소자는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환해주는 센서이며. 역으로 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것도 가능함. 이러한 특성에 기반하여 필터, 공진기, 초음파 의료기기, 압전 모터, 스피커, 각종 센서 등 다양한 분야에서 압전 센서가 활용되고 있음 | 그림 1. 압전 소자 이용 분야 | ★ 압전 센서를 구성하는 압전 소재는 기계적 변형이 일어날 때 전기 분극이 발생하기 때문에 이를 응용하여 다양한 압전 센서를 구현할 수 있음전기 자동차 시대가 열림으로 인하여 piezoelectric micromachined ultrasonic transducers(pMUTs) 그리고 piezoelectric microphone 등의 압전 음향센서들이 각광을 받고 있음. 더불어 반도체 공정 기술의 발전으로 인해 압전 소재의 박막을 제조하여 압전 센서에 활용하려는 시도가 활발히 진행되고 있음. 특히 저전력, 소형화, 우수한 내환경성을 달성하기 위해 micro electro mechanical system(MEMS) 기술에 기반한 센서 개발이 매우 중요해짐널리 사용되는 압전재료인 lead zirconate titanate(PZT)를 구성하고 있는 납이 가지고 있는 독성으로 인하여 이를 대체할 무연계 압전재료의 필요성이 대두되었고 압전 특성, MEMS 공정과의 정합성, 내환경성 등에서 우수한 결과를 얻을 수 있는 aluminum nitride(AlN) 계열 소재에 대한 관심이 증가함 AlN 소재 ★ AlN 박막의 경우 경쟁 재료인 PZT, ZnO에 비하여 piezoelectric constant 및 dielectric constant는 작지만 온도 및 습도 변화 환경에서 안정적이며 complementary metal oxide semiconductor(CMOS) 공정과의 호환성 측면에서 훨씬 우수함. 특히 주어진 stress 환경에서 압전 성능은 AlN이 PZT에 비하여 우수하기 때문에 차세대 센서 응용 분야나 flexible 센서 분야에 적용이 가능함AlN의 piezoelectric 특성을 향상시키려는 연구가 계속되어 왔으며 대표적인 방안으로 불순물을 첨가하는 것이 있음 - 특히 scandium(Sc)을 첨가하여 piezoelectric 특성을 향상시킨 Sc-AlN 소재는 MEMS/nano 분야의 박막 센서 재료로서 각광을 받고 있음 - 센서에 적용 가능한 압전 특성이 나타나는 Sc-AlN 박막을 성장시키기는 것은 매우 까다로움. 전기 자동차 등의 가혹한 환경에서 안정적인 구동이 가능하고 micro-nano device에 적용 가능하며, 특히 CMOS와의 공정 호환성을 갖도록 공정 조건을 개발하고 최적화하는 것이 과제임- 따라서 Sc-AlN은 MEMS 압전 센서를 위한 차세대 박막 재료로서 큰 관심을 모으고 있으며 이에 따른 세계 각국의 연구가 활발히 진행 중에 있음