진동 센서용 압전 박막의 제조 및 그 특성 분석 = The Synthesis and Analysis of the Characteristics of Piezoelectric Thin Film for Vibration Sensor
졸-겔 spin-coating법을 이용하여 PZT 압전 박막을 제작하고 그 물리적 및 전기적 성질을 평가하여 진동 측정용 센서로서의 적용 가능성을 검토하였다. PZT의 원료로는 Pb-acetate, Zr-propoxide 그리고 Ti-propoxide를 사용하였다 SEM 단면사진의 결과 하부전극 금속이 silicate화 하였고, SIMS 분석결과 Si와 하부전극의 금속이 PZT 박막의 상층부까지 확산된 것을 알 수 있었다. X-RD로 박막의 결정성을 조사한 결과 하부전극을 Pt로 한 박막과 buffer 층으로 Ti를 증착한 박막에서 강한 perovskite 상이 나타났다. D-E Hysterisis 곡선을 관찰한 결과 강유전성을 나타내며, 항전계는 33.3 ㎸/㎝, 잔유분극은 1.92 C/℃ 이었다. 박막의 비유전율은 57이었다. 박막의 resistance와 impedance의 반공진 주파수는 612 ㎒이고, 이때의 resistance 값은 14 ㏀이었다. 박막의 진동에 대한 주파수 응답 곡선을 측정 결과 12000 ㎐ 이하 저주파 영역에서는 응답 특성이 떨어지고 12000 ㎐ 이상의 어느 정도 높은 주파수 영역에서 응답 특성이 양호하다는 것을 알 수 있었고, 20000 ㎐ 100 ㏈(V)의 진동에 대해 151.4 ㎶의 응답을 나타내었다.
PZT thin film was prepared by Sol-Gel spin-coating method and it's physical and electrical caracteristics were appreciated. Pb acetate, Zr propoxide and Ti propoxide used for the starting material to fabricate PZT coating solution. The cross-sectional SEM micrograph showed that the metals of lower electrode was silicated. The SIMS depth profile indicated that the metal of lower electrode and silicon diffused up to the upper part of PZT thin film. For the X-RD data of PZT thin film, the thin film on Pt substrate and with Ti buffer layer had strong perovskite phase. The PZT thin films measured by Sawyer-Tower circuit showed feroelectric characteristic representating D-E hysterisis curve. The remanent polarization and coercive field of the film was 1.92 C/㎠ and 33.3kV/㎝. Dielectric constant of Film is 57. The resistance and impedance antiresonance frequency was 612 ㎒, and the resistance was 14 ㏀ at that frequency. The frequency response curve of PZT film showed that the PZT film responded sensitively at the high frequency, and response voltage of PZT film was 151.4 ㎶ at 20,000 ㎐ 100 ㏈(V) frequency.
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