压电器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了压电器件及其制造方法。本发明专利技术一实施例的压电器件可包括：基板，包括其上部的三维结构的图案表面层；以及压电材料层，形成在上述图案表面层上。

【技术实现步骤摘要】
压电器件及其制造方法
本专利技术涉及能量收集器件，更详细地，涉及压电器件及其制造方法。
技术介绍
电能从水力、化石燃料或核燃料等多种原料中获取，并以存储在电池等储能器件的方式被使用。上述电能原料的原料储存量有限，并在发电过程中产生污染物质，因此，枯竭可能性小且环保的代替能源备受关注。作为上述代替能源，将从太阳光、振动、热及风力等自然能源所产生的能量转换为电能来收集的能量收集技术备受瞩目。最近，上述能量收集技术作为可从根本上解决小型电子设备的供电问题的方法来提出。其中，利用振动能量的能量收集技术可将从存在于周围的微细振动或人体活动中的微细的动作产生的消耗性机械能作为电能来提取。上述将振动能量转换为电能的方式有利用静电(electrostatic)、电磁(electromagnetic)或压电(piezoelectric)效果的方式，在上述利用效果的能量转换方式中，利用压电效果的方式具有转换效率大且可实现小型化及轻量化的优点，因而可作为适合于俘能器、加速度传感器、声发射(AE，AcousticEmission)传感器、冲击传感器、爆震(Knocking)传感器等压电传感器及无线移动小型电磁机的代替能源来应用。尤其，当通过压电效果来将产生周期性振动的机械能转换为电能时，可利用通过固定一侧末端来使梁随着外部振动而变形的悬臂梁(cantilever)结构。但是，在以往的悬臂梁结构的压电器件中，通常因外力而发生的压电器件的变形被引导为仅在局部发生。例如，压电器件的变形限制性地仅在悬臂梁结构的固定端或自由端发生。最终，以往的压电器件存在相对于压电器件的整体体积，能量输出低的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供能量转换效率相对整体体积得到提高的压电器件。并且，本专利技术所要解决的另一技术问题在于，提供具有上述优点的压电器件的制造方法。根据本专利技术的一实施例，提供如下的压电器件，即，上述压电器件包括：基板，包括三维结构的图案表面层；以及压电材料层，形成于上述图案表面层上，相对于上述图案表面层形成三维界面。上述压电器件可具有悬臂梁结构。上述基板可包含固态聚合物、硅、陶瓷以及金属中的至少一种。上述三维结构的图案表面层可包括压纹形状、圆顶形状、点(dot)形状、沟槽形状、半球形状、金字塔形状、凹凸形状、之字形状及波纹形状或它们的混合形状的阵列。上述三维结构的图案表面层的表面积(Apat)与上述基板的虚拟平面(Asub)之比(Apat/Asub)可满足1＜三维结构的图案表面层的表面积/基板的虚拟平面(Apat/Asub)≤10。上述压电材料层可包含压电陶瓷，上述压电陶瓷包含锆钛酸铅(PZT，leadzirconatetitanate，Pb[ZrxTi1-x]O3，0＜x＜1)、钛酸钡(BTO，bariumtitanate，BaTiO3)、铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT，leadmagnesiumniobate-leadtitanate)、铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT，leadzincNiobate-leadtitanate)、钛酸镍钡(BNT，BaNiTiO3)、锆钛酸钡-钛酸钡钙(BZT-BCT，bariumzirconatetitanate-bariumcalciumtitanate)、铌镁酸铅-锆钛酸铅(PMN-PZT，leadmagnesiumniobate-leadzirconatetitanate)、氧化锌(ZnO)以及氮化铝(AlN)中的至少一种。上述压电材料层可包含压电聚合物，上述压电聚合物可包含聚偏氟乙烯(PVDF，polyvinylidenefluoride)、聚偏氟乙烯-四氟乙烯(PVDF-TrFE，polyvinyledenedifluoride-tetrafluoroethylene)、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯(P(VDF-TrFE-CFE))、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯(P(VDF-TrFE-CTFE))以及电子辐照的聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))中的至少一种。上述压电材料层的厚度可在0.1μm至10μm的范围之内。根据本专利技术的再一实施例，压电器件还可包括：第一电极层，设置于上述图案表面层与上述压电材料层之间；以及第二电极层，以与上述第一电极层相向的方式设置于上述压电材料层上。上述压电器件还可包括设置于上述图案表面层与上述第一电极层之间的缓冲层。上述缓冲层可包含Ti、W、Pt、Au、Mo、Ni、TiO2以及Cr中的至少一种。根据本专利技术的另一实施例，提供如下的压电器件的制造方法，即，上述压电器件的制造方法包括：提供基板的步骤；在上述基板表面上形成三维结构的图案表面层的步骤；以及在上述图案表面层上形成压电材料层的步骤，上述压电材料层相对于上述图案表面层形成三维界面。上述形成三维结构的图案表面层的步骤包括：在上述基板形成金属层的步骤；通过向上述金属层施加热能来赋予上述金属层流动性的步骤；以及通过向具有上述流动性的上述金属层施加磁场来形成上述金属的三维结构的图案表面层的步骤。上述金属层可包括Fe、Ni及Co中的至少一种。可通过对上述基板表面进行蚀刻来在上述基板的表面内形成上述三维结构的图案表面层的步骤形成上述三维结构的图案表面层。上述压电器件可包括压电俘能器及压电传感器中的至少一种。专利技术的作用与效果根据本专利技术的实施例，在包括三维结构的图案表面层的基板上形成压电材料层，从而使上述压电材料层相对于上述基板具有三维界面，使得压电材料层与基板之间界面的表面积得到增加，因而即使基板向特定方向发生变形，也在压电材料层向多方向产生位移，从而扩大应力的分散范围，由此，相对于形成在平坦的基板表面上部的压电材料层，可提供能量转换效率相对于整体体积得到提高的压电器件。并且，根据本专利技术的另一实施例，由于按原状使用包括三维结构的图案表面层的基板来形成压电器件，因此，无需不对上述三维结构的图案表面层进行去除的追加工序，由此可提供具有经济性的压电器件的制造方法。附图说明图1a至图1b为示出本专利技术多种实施例的多个压电器件的剖视图。图2为示出本专利技术实施例一的压电器件的剖视图。图3为示出本专利技术实施例一的压电器件的制造方法的流程图。图4a为本专利技术实施例二的形成三维结构的图案的流程图。图4b至图4c为示出本专利技术实施例二的形成三维结构的图案的工序的示意图。图5a至图5f为本专利技术实施例二的三维结构的图案的图像。图6为本专利技术实施例二的压电器件的特性变化图表。图7a为本专利技术实施例三的形成三维结构的图案的流程图。图7b至图7c为示出本专利技术实施例三的形成三维结构的图案的工序的示意图。图8a至图8h为本专利技术实施例四的三维结构的图案的图像。图9为本专利技术实施例四的压电器件的特性变化图表。图10为比较例的压电器件的图像。图11a为本专利技术实施例五的压电器件的结构图。图11b为本专利技术实施例五的压电器件的工作概念图。图11c为比较例的压电器件的结构图。图11d为比较例的压电器件的工作概念图。具体实施方式以下，参照附图来对本专利技术的优选实施例进行详细地说明。为了向本专利技术所属
的普通技术人员更加完整地说明本专利技术而提供本专利技术的实施例，下述实施例能够以多种不同的方式变形，本专利技术的范围并不局限于下述实施例。反而，为了使本公开内容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电器件，其特征在于，包括：基板，包括三维结构的图案表面层；以及压电材料层，形成所述在图案表面层上，相对所述在图案表面层形成三维界面。

【技术特征摘要】
2016.09.07 KR 10201601152641.一种压电器件，其特征在于，包括：基板，包括三维结构的图案表面层；以及压电材料层，形成所述在图案表面层上，相对所述在图案表面层形成三维界面。2.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于：其中，所述压电器件具有悬臂梁结构。3.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于：其中，所述基板包含固态聚合物、硅、陶瓷以及金属中的至少一种。4.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于：其中，所述三维结构的图案表面层包括压纹形状、圆顶形状、点形状、沟槽形状、半球形状、金字塔形状、凹凸形状、之字形状及波纹形状中的至少一种。5.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于：其中，所述三维结构的图案表面层的表面积与所述基板的虚拟平面之比满足1＜三维结构的图案表面层的表面积/基板的虚拟平面≤10。6.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于：其中，所述压电材料层包含压电陶瓷，所述压电陶瓷包含锆钛酸铅、钛酸钡、铌镁酸铅-钛酸铅、铌锌酸铅-钛酸铅、钛酸镍钡、锆钛酸钡-钛酸钡钙、铌镁酸铅-锆钛酸铅、氧化锌以及氮化铝中的至少一种，所述锆钛酸铅的分子式为Pb[ZrxTi1-x]O3，0＜x＜1。7.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于：其中，所述压电材料层包含压电聚合物，上述压电聚合物包含聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯以及电子辐照的聚偏氟乙烯-三氟乙烯中的至少一种。8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵容秀，韩灿洙，
申请(专利权)人：延世大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR