セラミック圧電材料

出典: BeansCM

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プロセス・インテグレーション 材料 無機 その他
プロセス・インテグレーション 応用 センサ
プロセス・インテグレーション 応用 アクチュエーター


項目の説明 【必須】

印加した力によって電荷を発生(正圧電効果),逆に電圧の印加によって力を発生(逆圧電効果)する材料を圧電材料(piezoelectric material)という。誘電体のうち応力印加によって表面に電荷を発生する材料を圧電体といってZnO,AlNはこれに分類される。誘電体には,外部電界がなくても正のイオンと負のイオンの中心が一致せずに自発分極を持つものがあり,この自発分極が反転可能な材料を強誘電体という。PZTは強誘電体に分類される。強誘電体であれば必ず圧電体として機能する。 このような圧電材料をセンサ,アクチュエータとして用いるMEMSデバイスは圧電MEMSデバイスと呼ばれる。代表的な圧電材料には酸化亜鉛(ZnO),窒化アルミニウム(AlN),チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3,PZT)がある。

図1にPZTを用いたMEMSデバイスの例を示す.図の左側は,PZT膜のSEM写真である.右側はPZT膜を用いたマイクロ電位センサである. 電位センサは,センサの先の部分が電極となっており,対象物とのあいだの電荷量を計測する.このとき,PZTによりカンチレバーを上下方向に動かすことでその変化量から実際に帯電している量を計測する.

図1 PZTを用いたMEMSセンサ例

製法

ZnOやAlNは主にスパッタで形成される。PZTについてはスパッタかゾルゲル法が用いられる。


参考文献

S. R. Anton, H. A. Sodano, A review of power harveting using piezoelectric materials (2003-2006), Smart materials and structures, 16(2007)R1-R21

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