KR20180020659A

KR20180020659A - Electrostatic multimorph cantilever actuators with non-contact actuation scheme and methods of manufacturing electrostatic multimorph cantilever actuators

Info

Publication number: KR20180020659A
Application number: KR1020160105346A
Authority: KR
Inventors: 윤준보; 임근서
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-02-28
Also published as: KR101921273B1

Abstract

The present invention provides an electrostatic actuation multimorph cantilever preventing cantilever charges from being injected or trapped in other stoppers. The non-contact electrostatic actuation multimorph cantilever comprises: an electrode; a cantilever layer; and a contact preventing stopper. The cantilever layer is located on the electrode, has one end fixed thereto and is bent in a first direction based on a plurality of layers having different stress properties and driven in a second direction due to an electrostatic force. The contact preventing stopper is located on the cantilever layer and prevents one surface of the cantilever layer from contacting the other stopper located between the electrode and the cantilever layer.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a non-contact electrostatic multimorph cantilever and a non-contact electrostatic multimorph cantilever, and more particularly to a non-contact electrostatic multimorph cantilever,

본 발명은 캔틸레버 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버 및 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cantilever system, and more particularly, to a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever and a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever.

멀티모프(multimorph) 캔틸레버는 서로 다른 물질의 박막들이 여러 겹으로 구성되어 있는 복수의 층들로 구성된 캔틸레버를 의미하는 것으로, 이 중에서 두 층으로 구성된 캔틸레버는 바이모프(bimorph) 캔틸레버라고도 한다.A multimorph cantilever is a cantilever composed of a plurality of layers in which thin films of different materials are composed of multiple layers. Among them, a cantilever composed of two layers is also called a bimorph cantilever.

멀티모프 캔틸레버의 각 층을 구성하는 물질이 상이하므로 각 층의 물리적 성질(예를 들어, 응력) 또한 상이할 수 있다. 따라서, 이러한 물리적 성질의 차이에 기초하여 휘어지는 캔틸레버는 구동기(actuator) 또는 센서(sensor) 등 여러 분야에 사용될 수 있다.Since the materials constituting each layer of the multi-morph cantilever are different, the physical properties (for example, stress) of each layer may also be different. Therefore, a bent cantilever based on the difference in physical properties can be used in various fields such as an actuator or a sensor.

여기서 캔틸레버가 휘어지는 정도는 캔틸레버 내부에서 발생된 힘(예를 들어, 응력)과 캔틸레버 외부에서 가해지는 힘(예를 들어, 전자기력)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 정전구동 방식의 멀티모프 캔틸레버는 캔틸레버와 주변 전극과의 전압차에 의해 캔틸레버 끝단의 높이가 조절될 수 있다.The degree of bending of the cantilever can be determined by a force (e.g., stress) generated inside the cantilever and a force (e.g., an electromagnetic force) applied from outside the cantilever. For example, in the multi-morph cantilever of the electrostatic driving type, the height of the end of the cantilever can be adjusted by the voltage difference between the cantilever and the peripheral electrode.

다만, 정전구동 방식의 멀티모프 캔틸레버는 일반적으로 전압차가 문턱전압(threshold voltage 또는 pull-in voltage)을 넘어서기 전까지 갖는 '초기 상태'(예를 들어, 캔틸레버가 휘어진 상태)와, 전압차가 문턱전압을 넘어선 이후에 갖는 '전극에 가까워진 활성 상태'(예를 들어, 캔틸레버가 펴진 상태)의 두 상태만을 갖는 경우가 상대적으로 많다.However, the multi-morph cantilever of the electrostatic driving type generally has an 'initial state' (for example, a cantilever is bent) until a voltage difference exceeds a threshold voltage or a pull-in voltage, (For example, a state in which the cantilever is expanded), which is closer to the electrode than that after the electrode is over.

정전구동 멀티모프 캔틸레버의 활성 상태에서, 캔틸레버는 단락(short)이 일어나는 것을 방지하기 위해 캔틸레버와 전극 사이의 배치된 절연층에 접촉될 수 있다. 그러나, 절연층은 일반적으로 이상적으로 동작하지 않으므로, 이러한 접촉에 의해 캔틸레버의 전하가 절연층에 일부 주입(injected)되거나 트랩(trapped)될 수 있다.In the active state of the electrostatic driven multi-morph cantilever, the cantilever can be brought into contact with the insulating layer disposed between the cantilever and the electrode to prevent shorting. However, since the insulating layer generally does not operate ideally, the charge of the cantilever can be partially injected or trapped by this contact into the insulating layer.

특히, 캔틸레버와 접촉되는 절연층 표면에 미결합(dangling bond)이나 결함(defect) 등이 존재할 경우, 또는 캔틸레버의 총 구동 시간이 증가함에 따라 접촉 빈도가 증가될 경우 절연층에 트랩되는 전하가 증가될 수 있다. 그 결과, 트랩된 전하에 의해 전압차가 사라짐에도 캔틸레버가 절연층에 계속 붙어버리는 현상(stiction)이 발생하여 소자가 더 이상 작동하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.Particularly, when there is a dangling bond or a defect on the surface of the insulating layer in contact with the cantilever, or when the contact frequency is increased as the total driving time of the cantilever is increased, the charge trapped in the insulating layer increases . As a result, a stiction occurs in which the cantilever sticks to the insulating layer even if the voltage difference disappears due to the trapped charge, so that the device can no longer operate.

나아가, 트랩된 전하가 전극과 캔틸레버 사이의 전기장에 간섭할 수 있고, 캔틸레버 구동에 필요한 문턱전압을 변화시킬 수 있다. 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 구동기로 이용할 경우에 있어서, 구동 문턱전압이 시간에 따라 변화된다면 구동기가 설계대로 동작하지 않을 수 있어 예측가능성과 안정성이 감소한다는 문제점이 있다.Further, the trapped charge can interfere with the electric field between the electrode and the cantilever, and the threshold voltage necessary for driving the cantilever can be changed. In the case where the electrostatic driving multi-morph cantilever is used as a driver, if the driving threshold voltage changes with time, the driver may not operate as designed and the predictability and stability are reduced.

아래 선행기술문헌은 트랩된 전하량을 측정함으로써 구동전압을 변화시키는 내용을 개시하고 있으나, 전하량이 주입 또는 트랩되는 것을 방지할 수 없다는 문제점을 갖는다.The following prior art document discloses a method of changing the driving voltage by measuring the amount of charge trapped, but has a problem that the amount of charge can not be prevented from being injected or trapped.

한국 등록특허 10-0836980(공고일자 2008년 06월 10일)Korean Patent No. 10-0836980 (Published on June 10, 2008)

본 발명의 일 목적은 캔틸레버의 전하가 타 부재에 주입 또는 트랩되는 것을 방지하는 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an electrostatic drive multi-morph cantilever which prevents the charge of the cantilever from being injected or trapped in other members.

본 발명의 다른 목적은 상기 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 효율적으로 제조하는 제조 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a manufacturing method for efficiently manufacturing the electrostatic driving multi-morph cantilever.

다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified without departing from the spirit and scope of the present invention.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버는 전극, 상기 전극 상에 배치되고, 일단이 고정되며, 응력 특성이 상이한 복수의 층들에 기초하여 제1 방향으로 휘고 정전기력에 의해 제2 방향으로 구동되는 캔틸레버(cantilever)층, 및 상기 캔틸레버층에 배치되고, 상기 캔틸레버층의 일면이 상기 전극과 상기 캔틸레버층 사이에 배치된 타 부재에 접촉하는 것을 방지하는 접촉 방지 부재(stopper)를 포함한다.In order to accomplish one object of the present invention, a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever according to embodiments of the present invention includes electrodes, electrodes disposed on the electrodes, fixed on one end thereof, A cantilever layer which is bent in one direction and is driven in a second direction by an electrostatic force and a cantilever layer which is disposed in the cantilever layer and which prevents one surface of the cantilever layer from contacting with another member disposed between the electrode and the cantilever layer And a stopper (not shown).

일 실시예에 의하면, 상기 접촉 방지 부재는 상기 캔틸레버층의 타면에 상기 캔틸레버층의 길이 방향과 직교하는 방향으로 형성되고, 양단에서 상기 제2 방향으로 돌출되는 기둥 구조물을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the contact preventing member may include a columnar structure formed on the other surface of the cantilever layer in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever layer, and protruding from both ends in the second direction.

일 실시예에 의하면, 상기 정전기력 구동에 의해 상기 제2 방향으로 휘어질 때 상기 기둥 구조물이 소정의 면과 맞닿으면서 상기 캔틸레버층과 상기 타 부재 간에 소정의 갭을 형성시킬 수 있다.According to an embodiment, when the column structure is bent in the second direction by the electrostatic force driving, the column structure comes into contact with a predetermined surface to form a predetermined gap between the cantilever layer and the other member.

일 실시예에 의하면, 상기 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버는 상기 캔틸레버층과 상기 전극 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있고, 상기 접촉 방지 부재는 상기 캔틸레버층이 상기 전극 또는 상기 절연층에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment, the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever may further include an insulating layer disposed between the cantilever layer and the electrode, and the contact preventive member may contact the cantilever layer with the electrode or the insulating layer Can be prevented.

일 실시예에 의하면, 상기 접촉 방지 부재는 'ㄷ'자 형태로 상기 캔틸레버층을 감싸는 형상을 가질 수 있다.According to one embodiment, the contact prevention member may have a shape that wraps the cantilever layer in a 'C' shape.

일 실시예에 의하면, 상기 접촉 방지 부재는 상기 캔틸레버층의 둘레를 감싸는 림(Rim)과 상기 림의 양단으로부터 상기 제2 방향으로 돌출된 브릿지(Bridge) 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment, the contact preventive member may have a rim surrounding the periphery of the cantilever layer and a bridge structure protruding from both ends of the rim in the second direction.

일 실시예에 의하면, 상기 림의 내면에 상기 캔틸레버층이 내삽되어, 상기 내면과 상기 캔틸레버층의 타면이 동일면상에 놓일 수 있다.According to one embodiment, the cantilever layer is inserted on the inner surface of the rim, so that the inner surface and the other surface of the cantilever layer can be placed on the same plane.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법은 기판 상에 전극을 형성하는 단계, 제1 상면 및 상기 제1 상면보다 낮은 제2 상면을 갖는 희생층을 상기 전극 상에 형성하는 단계, 상기 제1 상면 상에 캔틸레버층을 형성하는 단계, 상기 제2 상면 상에 상기 캔틸레버층의 일면이 상기 전극과 상기 캔틸레버층 사이에 배치된 타 부재에 접촉하는 것을 방지하는 접촉 방지 부재를 형성하는 단계, 및 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever, including: forming an electrode on a substrate; forming a first upper surface and a second upper surface Forming a cantilever layer on the first upper surface, forming a cantilever layer on one surface of the cantilever layer on the second upper surface, the other surface of the cantilever layer being disposed between the electrode and the cantilever layer; Forming a contact prevention member that prevents contact with the sacrificial layer, and removing the sacrificial layer.

일 실시예에 의하면, 상기 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법은 상기 전극 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 희생층의 상기 제1 상면은 상기 절연층 상에 형성될 수 있다.According to one embodiment, the method of manufacturing the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever may further include forming an insulating layer on the electrode, and the first upper surface of the sacrificial layer may be formed on the insulating layer .

일 실시예에 의하면, 상기 희생층을 형성하는 단계는 상기 제1 상면을 갖는 제1 희생층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 상면을 갖는 제1 희생층을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 희생층을 제거하는 단계는 상기 제1 희생층을 제거하는 단계, 및 상기 제2 희생층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of forming the sacrificial layer may include forming a first sacrificial layer having the first upper surface, and forming a first sacrificial layer having the first upper surface, The step of removing the sacrificial layer may include removing the first sacrificial layer, and removing the second sacrificial layer.

본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버는 접촉 방지 부재(stopper)가 전극과 캔틸레버층 사이에 배치된 타 부재에 접촉하는 것을 방지하므로 캔틸레버층의 전하가 타 부재에 새어나가지 않을 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층이 절연층에 붙어버리지 않을 수 있고, 구동 문턱전압이 변화하지 않을 수 있다.The non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever according to the embodiments of the present invention prevents contact between the electrode and the other member disposed between the electrode and the cantilever layer so that the charge of the cantilever layer does not leak to the other member have. As a result, the cantilever layer may not stick to the insulating layer, and the driving threshold voltage may not change.

본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법은 높이가 다른 희생층 상에 각각 캔틸레버층과 접촉 방지 부재를 형성함으로써, 상기 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 효율적으로 제조할 수 있다.In the method of manufacturing a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever according to embodiments of the present invention, the electrostatic driven multi-morph cantilever can be efficiently manufactured by forming the cantilever layer and the contact preventive member on the sacrifice layer having different heights.

나아가, 종래에 절연층이 존재함으로 인해 완전하게 피할 수 없었던 절연층의 트랩효과를 절연층의 제거를 통해 원천적으로 차단할 수 있고, 이 경우 공정과정이 단순화될 수 있으므로 제조 비용 또한 감소될 수 있다.Furthermore, the trap effect of the insulating layer, which has been completely inevitable due to the presence of the insulating layer in the past, can be intrinsically blocked by removing the insulating layer. In this case, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 C-C' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 4는 활성 상태일 때 도 2의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 C-C' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 5는 도 1의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 다른 실시예의 초기 상태에서의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 다른 실시예의 활성 상태에서의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8 내지 도 12는 도 7의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13 내지 도 17은 도 7의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a block diagram showing a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view showing an embodiment of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of Fig. 1. Fig.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG. 2 taken along the CC 'direction.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG. 2 cut in the CC 'direction when it is in the active state.
Fig. 5 is a cross-sectional view showing a cross section in an initial state of another embodiment of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of Fig. 1;
6 is a cross-sectional view showing a cross section in the active state of another embodiment of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG.
7 is a flowchart showing a method of manufacturing a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever according to embodiments of the present invention.
FIGS. 8 to 12 are cross-sectional views for explaining an embodiment of a method of manufacturing the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG.
FIGS. 13 to 17 are cross-sectional views for explaining another embodiment of the method for manufacturing the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(100)는 전극(120), 캔틸레버(cantilever)층(140), 및 접촉 방지 부재(stopper, 160)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(100)는 절연층(180) 및 고정 부재(190)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the non-contact electrostatic driven multi-morph cantilever 100 may include an electrode 120, a cantilever layer 140, and a stopper 160. According to the embodiment, the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever 100 may further include an insulating layer 180 and a fixing member 190.

전극(120)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극(120)은 크롬(Cr)과 같은 금속을 포함할 수 있다. 전극(120)은 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(100)가 구동될 때 소정의 정전하를 가질 수 있고, 그 결과 캔틸레버층(140)에 대해 전압차를 형성할 수 있다.The electrode 120 may comprise a conductive material. For example, the electrode 120 may comprise a metal such as chromium (Cr). The electrode 120 can have a predetermined static charge when the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever 100 is driven, and as a result, can form a voltage difference with respect to the cantilever layer 140.

캔틸레버층(140)은 전극(120) 상에 배치될 수 있고, 일단이 고정될 수 있다. 따라서, 캔틸레버층(140)은 전극(120)과 전자기적 상호작용을 할 수 있고, 그 결과 타단이 전자기력에 의해 움직일 수 있다. 실시예에 따라, 캔틸레버층(140)의 일단은 고정 부재(190)에 의해 고정될 수 있다.The cantilever layer 140 may be disposed on the electrode 120, and one end may be fixed. Accordingly, the cantilever layer 140 can perform an electromagnetic interaction with the electrode 120, and as a result, the other end can move by the electromagnetic force. According to the embodiment, one end of the cantilever layer 140 can be fixed by the fixing member 190. [

캔틸레버층(140)은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 여기서, 캔틸레버층(140)에 포함된 각 층은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버층(140)은 티타늄(Ti)을 포함하는 제1 층 및 금(Au)을 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다.The cantilever layer 140 may include a plurality of layers. Here, each layer included in the cantilever layer 140 may include a conductive material. For example, the cantilever layer 140 may comprise a first layer comprising titanium (Ti) and a second layer comprising gold (Au).

캔틸레버층(140)은 응력 특성이 상이한 복수의 층들에 기초하여 제1 방향(A)으로 휠 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버층(140)이 티타늄을 포함하는 제1 층과 금을 포함하는 제2 층으로 구성되어 있을 경우, 제1 층과 제2 층 사이의 응력차에 기초하여 캔틸레버층(140)은 소정의 방향(즉, 제1 방향(A))으로 휠 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층(140)은 휘어있는 형상의 초기 상태를 가질 수 있다.The cantilever layer 140 may be oriented in the first direction A based on a plurality of layers having different stress characteristics. For example, when the cantilever layer 140 is composed of a first layer containing titanium and a second layer containing gold, the cantilever layer 140 is formed on the basis of the stress difference between the first layer and the second layer, (I.e., in the first direction A). As a result, the cantilever layer 140 may have an initial state of a warped shape.

캔틸레버층(140)은 정전기력에 의해 제2 방향(B)으로 구동될 수 있다. 여기서, 제2 방향(B)은 제1 방향(A)의 실질적으로 반대되는 방향일 수 있다. 캔틸레버층(140)은 캔틸레버층(140)이 갖는 전압과 전극(120)이 갖는 전압 사이의 차이에 기초하여 움직일 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버층(140)은 캔틸레버층(140)과 전극(120) 사이의 전압차가 소정의 구동 문턱전압 미만일 때 초기 상태에 위치할 수 있고, 캔틸레버층(140)과 전극(120) 사이의 전압차가 구동 문턱전압 이상일 때 제2 방향(B)으로 움직일 수 있다.The cantilever layer 140 can be driven in the second direction B by the electrostatic force. Here, the second direction B may be a substantially opposite direction of the first direction A. The cantilever layer 140 can move based on the difference between the voltage of the cantilever layer 140 and the voltage of the electrode 120. For example, the cantilever layer 140 may be in an initial state when the voltage difference between the cantilever layer 140 and the electrode 120 is below a predetermined drive threshold voltage, and between the cantilever layer 140 and the electrode 120 (B) when the voltage difference between the threshold voltage and the threshold voltage is greater than the threshold voltage.

접촉 방지 부재(160)는 캔틸레버층(140)에 형성될 수 있다. 접촉 방지 부재(160)는 도전성 물질 또는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(160)는 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.The contact preventive member 160 may be formed in the cantilever layer 140. The contact preventive member 160 may include a conductive material or an insulating material. For example, the contact preventing member 160 may include nickel (Ni).

접촉 방지 부재(160)는 캔틸레버층(140)에서 전극(120)을 향하는 방향(즉, 제2 방향(B))으로 돌출되어 형성될 수 있다. 그 결과, 접촉 방지 부재(160)는 캔틸레버층(140)과 전극(120) 사이에 배치될 수 있다.The contact preventive member 160 may protrude from the cantilever layer 140 in the direction toward the electrode 120 (i.e., in the second direction B). As a result, the contact prevention member 160 can be disposed between the cantilever layer 140 and the electrode 120.

접촉 방지 부재(160)는 기둥 구조물을 포함할 수 있다. 여기서, 기둥 구조물은 캔틸레버층(140)의 타면에 캔틸레버층(140)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 형성될 수 있고, 양단에서 제2 방향(B)으로 돌출될 수 있다.The contact preventive member 160 may include a post structure. Here, the columnar structure may be formed on the other surface of the cantilever layer 140 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever layer 140, and may protrude from both ends in the second direction B.

예를 들어, 접촉 방지 부재(160)는 'ㄷ'자 형태로 캔틸레버층(140)을 감싸는 형상을 가질 수 있다. 접촉 방지 부재(160)는 캔틸레버층(140)의 둘레를 감싸는 림(Rim)과 림의 양단으로부터 제2 방향(B)으로 돌출된 브릿지(Bridge) 구조를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 림의 내면에 캔틸레버층(140)이 내삽되어, 내면과 캔틸레버층(140)의 타면이 동일면 상에 놓일 수 있다.For example, the contact preventive member 160 may have a shape that encloses the cantilever layer 140 in a 'C' shape. The contact preventive member 160 may have a bridge structure that protrudes from a rim surrounding the periphery of the cantilever layer 140 and both ends of the rim in the second direction B. [ According to an embodiment, a cantilever layer 140 is interpolated on the inner surface of the rim so that the inner surface and the other surface of the cantilever layer 140 can be on the same plane.

접촉 방지 부재(160)는 캔틸레버층(140)의 일면이 전극(120)과 캔틸레버층(140) 사이에 배치된 타 부재에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(160)는 캔틸레버층(140)이 전극(120) 또는 절연층(180)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.The contact preventive member 160 can prevent one surface of the cantilever layer 140 from contacting other members disposed between the electrode 120 and the cantilever layer 140. [ For example, the contact preventive member 160 may prevent the cantilever layer 140 from contacting the electrode 120 or the insulating layer 180.

일 실시예에서, 접촉 방지 부재(160)가 타 부재와 접촉하는 표면은 캔틸레버층(140)과 전기적으로 연결된 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 접촉 방지 부재(160)는 절연층(180)에 직접 접촉할 수 없고, 전극(120)과 캔틸레버층(140) 사이에 배치되지 않은 부재에 직접 접촉할 수 있다.In one embodiment, the surface at which the contact-preventing member 160 contacts the other member may be made of a conductive material electrically connected to the cantilever layer 140. In this case, the contact preventing member 160 can not directly contact the insulating layer 180 and can directly contact the member not disposed between the electrode 120 and the cantilever layer 140.

다른 실시예에서, 접촉 방지 부재(160)가 타 부재와 접촉하는 표면은 절연 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 접촉 방지 부재(160)가 절연층(180)에 직접 접촉할 수 있다. 그러나, 트랩 현상을 방지하기 위해 접촉 방지 부재(160)는 전극(120)과 캔틸레버층(140) 사이에 배치되지 않은 부재에 직접 접촉하는 것이 바람직할 수 있다.접촉 방지 부재(160)는 캔틸레버층(140)이 정전기력 구동에 의해 제2 방향(B)으로 휘어질 때 캔틸레버층(140)에 갈음하여 전극(120)과 캔틸레버층(140) 사이에 배치된 타 부재에 접촉할 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층(140)과 타 부재 간에 소정의 갭을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(160)의 기둥 구조물이 소정의 면과 맞닿으면서 캔틸레버층(140)과 타 부재 간에 소정의 갭을 형성시킬 수 있다.In another embodiment, the surface at which the contact preventive member 160 contacts the other member may be made of an insulating material. In this case, the contact preventive member 160 can directly contact the insulating layer 180. [ However, it may be desirable for the contact preventive member 160 to directly contact the member that is not disposed between the electrode 120 and the cantilever layer 140 to prevent the trapping phenomenon. The contact preventive member 160, The electrode 140 may contact the other member disposed between the electrode 120 and the cantilever layer 140 when the electrode 140 is bent in the second direction B by electrostatic force driving. As a result, a predetermined gap can be formed between the cantilever layer 140 and other members. For example, a predetermined gap may be formed between the cantilever layer 140 and another member while the columnar structure of the contact preventive member 160 is in contact with a predetermined surface.

접촉 방지 부재(160)는 렌틸레버층(140)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 이격된 복수의 돌출 구조물들을 포함할 수 있다. 하나의 접촉 방지 부재(160)가 렌틸레버층(140)을 따라 연속적으로 형성되어 렌틸레버층(140)이 타 부재에 접촉되지 않도록 하는 것이 가장 바람직할 수 있으나, 경제성이 떨어질 수 있으므로, 복수의 돌출 구조물을 지네 다리와 같이 렌틸레버층(140)에 배치할 수 있다.The contact preventive member 160 may include a plurality of protruding structures spaced apart at predetermined intervals along the longitudinal direction of the lentile lever layer 140. It may be most preferable that one contact preventive member 160 is continuously formed along the lentile lever layer 140 so that the lentile lever layer 140 is not in contact with the other member. However, since the economical efficiency may decrease, The protruding structure can be disposed in the lentile lever layer 140 like a knee leg.

이 경우, 전극(120)과 렌틸레버층(140) 사이의 전압차가 증가할수록 렌틸레버층(140)에 가해지는 정전기력이 증가하고, 그 결과 돌출 구조물들 사이에 배치된 렌틸레버층(140)이 휨으로써 아래에 배치된 타 부재와 접촉할 수 있다. 따라서, 돌출 구조물들 사이의 간격, 돌출 구조물의 두께와 재질과 길이 등을 적절히 설계하는 것이 중요할 수 있다.In this case, as the voltage difference between the electrode 120 and the lentile lever layer 140 increases, the electrostatic force applied to the lentile lever layer 140 increases, and as a result, the lentile lever layer 140 disposed between the protruding structures And can be brought into contact with other members disposed below by bending. Therefore, it may be important to design the gap between the protruding structures, the thickness and the material and the length of the protruding structure appropriately.

절연층(180)은 전극(120)과 캔틸레버층(140) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 절연층(180)은 전극(120)과 캔틸레버층(140)이 접촉함으로써 발생될 수 있는 단락(short)을 방지할 수 있다. 실시예에 따라, 절연층(180)은 진공에서의 유전율(ε0)보다 높은 유전율(ε)을 갖는 물질을 포함할 수 있고, 그 결과 높은 구동 전압에서도 전극(120)과 캔틸레버층(140) 사이에서 유전 파괴(dielectric breakdown)가 발생하지 않을 수 있다.The insulating layer 180 may be disposed between the electrode 120 and the cantilever layer 140. Therefore, the insulating layer 180 can prevent a short that may be caused by the contact between the electrode 120 and the cantilever layer 140. [ The insulating layer 180 may include a material having a dielectric constant epsilon higher than the dielectric constant epsilon 0 in vacuum so that the electrode 120 and the cantilever layer 140 The dielectric breakdown may not occur in the semiconductor device.

고정 부재(190)는 캔틸레버층(140)의 일단을 소정의 위치에 고정할 수 있다. 고정 부재(190)는 별도의 부재일 수 있으나, 단순히 캔틸레버층(140)의 일단에 접하는 부재일 수 있다.The fixing member 190 can fix one end of the cantilever layer 140 at a predetermined position. The fixing member 190 may be a separate member, but may be a member that is in contact with one end of the cantilever layer 140.

본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(100)는 접촉 방지 부재(160)가 전극(120)과 캔틸레버층(140) 사이에 배치된 타 부재에 접촉하는 것을 방지하므로 캔틸레버층(140)의 전하가 타 부재에 새어나가지 않을 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층(140)이 절연층(180)에 붙어버리지 않을 수 있고, 구동 문턱전압이 변화하지 않을 수 있다.The noncontact electrostatic multimorph cantilever 100 according to the embodiments of the present invention prevents the contact preventive member 160 from contacting other members disposed between the electrode 120 and the cantilever layer 140, 140 may not leak to other members. As a result, the cantilever layer 140 may not adhere to the insulating layer 180, and the driving threshold voltage may not change.

도 2는 도 1의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 일 실시예를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 C-C' 방향으로 절단한 단면도이며, 도 4는 활성 상태일 때 도 2의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 C-C' 방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a view showing an embodiment of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view of the non-contact electrostatic- Sectional view of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of Fig. 2 cut in the CC 'direction.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(200)는 전극(220), 캔틸레버층(240), 접촉 방지 부재(260), 절연층(280), 고정 부재(290) 및 기판(210)을 포함할 수 있다.2 to 4, the non-contact electrostatic multimorph cantilever 200 includes an electrode 220, a cantilever layer 240, a contact preventive member 260, an insulating layer 280, a fixing member 290, (210).

전극(220)은 기판(210) 상에 배치될 수 있고, 도전성 물질을 포함할 수 있다. 전극(220)은 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(200)가 구동될 때 소정의 정전하를 가질 수 있고, 그 결과 캔틸레버층(240)에 대해 전압차를 형성할 수 있다.The electrode 220 may be disposed on the substrate 210 and may include a conductive material. Electrode 220 may have a predetermined static charge when the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever 200 is driven, so that a voltage difference can be generated with respect to the cantilever layer 240.

캔틸레버층(240)은 전극(220) 상에 배치될 수 있고, 일단이 고정될 수 있다. 따라서, 캔틸레버층(240)은 전극(220)과 전자기적 상호작용을 할 수 있고, 그 결과 타단이 전자기력에 의해 움직일 수 있다. 실시예에 따라, 캔틸레버층(240)의 일단은 고정 부재(290)에 의해 고정될 수 있다.The cantilever layer 240 may be disposed on the electrode 220, and one end may be fixed. Accordingly, the cantilever layer 240 can perform an electromagnetic interaction with the electrode 220, and as a result, the other end can be moved by the electromagnetic force. According to the embodiment, one end of the cantilever layer 240 can be fixed by the fixing member 290. [

캔틸레버층(240)은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 여기서, 캔틸레버층(240)에 포함된 각 층은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버층(240)은 티타늄을 포함하는 제1 층 및 금을 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다.The cantilever layer 240 may comprise a plurality of layers. Here, each layer included in the cantilever layer 240 may include a conductive material. For example, the cantilever layer 240 may comprise a first layer comprising titanium and a second layer comprising gold.

캔틸레버층(240)은 응력 특성이 상이한 복수의 층들에 기초하여 제1 방향(A')으로 휠 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버층(240)이 티타늄을 포함하는 제1 층과 금을 포함하는 제2 층으로 구성되어 있을 경우, 제1 층과 제2 층 사이의 응력차에 기초하여 캔틸레버층(240)은 소정의 방향(즉, 제1 방향(A'))으로 휠 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층(240)은 휘어있는 형상의 초기 상태를 가질 수 있다.The cantilever layer 240 may be oriented in a first direction A 'based on a plurality of layers having different stress characteristics. For example, if the cantilever layer 240 is comprised of a first layer comprising titanium and a second layer comprising gold, the cantilever layer 240 may be formed on the basis of the stress difference between the first and second layers, (I.e., in the first direction A '). As a result, the cantilever layer 240 can have an initial state of warped shape.

캔틸레버층(240)은 정전기력에 의해 제2 방향(B')으로 구동될 수 있다. 여기서, 제2 방향(B')은 제1 방향(A')의 실질적으로 반대되는 방향일 수 있다. 캔틸레버층(240)은 캔틸레버층(240)이 갖는 전압과 전극(220)이 갖는 전압 사이의 차이에 기초하여 움직일 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버층(240)은 캔틸레버층(240)과 전극(220) 사이의 전압차가 소정의 구동 문턱전압 미만일 때 초기 상태에 위치할 수 있고, 캔틸레버층(240)과 전극(220) 사이의 전압차가 구동 문턱전압 이상일 때 제2 방향(B')으로 움직일 수 있다.The cantilever layer 240 may be driven in the second direction B 'by an electrostatic force. Here, the second direction B 'may be a substantially opposite direction of the first direction A'. The cantilever layer 240 can move based on the difference between the voltage of the cantilever layer 240 and the voltage of the electrode 220. For example, the cantilever layer 240 may be in an initial state when the voltage difference between the cantilever layer 240 and the electrode 220 is less than a predetermined drive threshold voltage and between the cantilever layer 240 and the electrode 220 Can be moved in the second direction B 'when the voltage difference between the first and second voltages is greater than the driving threshold voltage.

접촉 방지 부재(260)는 캔틸레버층(240)에 형성될 수 있다. 접촉 방지 부재(260)는 도전성 물질 또는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(260)는 니켈을 포함할 수 있다.The contact preventive member 260 may be formed on the cantilever layer 240. The contact preventive member 260 may include a conductive material or an insulating material. For example, the contact preventive member 260 may comprise nickel.

접촉 방지 부재(260)는 캔틸레버층(240)에서 전극(220)을 향하는 방향(즉, 제2 방향(B'))으로 돌출되어 형성될 수 있다. 그 결과, 접촉 방지 부재(260)는 캔틸레버층(240)과 전극(220) 사이에 배치될 수 있다.The contact preventive member 260 may protrude from the cantilever layer 240 in the direction toward the electrode 220 (i.e., in the second direction B '). As a result, the contact preventive member 260 may be disposed between the cantilever layer 240 and the electrode 220.

접촉 방지 부재(260)는 기둥 구조물을 포함할 수 있다. 여기서, 기둥 구조물은 캔틸레버층(240)의 타면에 캔틸레버층(240)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 형성될 수 있고, 양단에서 제2 방향(B')으로 돌출될 수 있다.The contact preventive member 260 may include a post structure. Here, the columnar structure may be formed on the other surface of the cantilever layer 240 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever layer 240, and may protrude from both ends in the second direction B '.

예를 들어, 접촉 방지 부재(260)는 'ㄷ'자 형태로 캔틸레버층(240)을 감싸는 형상을 가질 수 있다. 접촉 방지 부재(260)는 캔틸레버층(240)의 둘레를 감싸는 림과 림의 양단으로부터 제2 방향(B')으로 돌출된 브릿지 구조를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 림의 내면에 캔틸레버층(240)이 내삽되어, 내면과 캔틸레버층(240)의 타면이 동일면 상에 놓일 수 있다.For example, the contact preventive member 260 may have a shape that encloses the cantilever layer 240 in a 'C' shape. The contact preventive member 260 may have a bridge structure that protrudes from both ends of the rim and the rim surrounding the periphery of the cantilever layer 240 in the second direction B '. According to an embodiment, a cantilever layer 240 is interpolated on the inner surface of the rim so that the inner surface and the other surface of the cantilever layer 240 can be on the same plane.

접촉 방지 부재(260)는 캔틸레버층(240)의 일면이 전극(220)과 캔틸레버층(240) 사이에 배치된 타 부재에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(260)는 캔틸레버층(240)이 전극(220) 또는 절연층(280)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.The contact preventive member 260 can prevent one surface of the cantilever layer 240 from contacting other members disposed between the electrode 220 and the cantilever layer 240. [ For example, the contact preventive member 260 can prevent the cantilever layer 240 from contacting the electrode 220 or the insulating layer 280. [

접촉 방지 부재(260)는 캔틸레버층(240)이 정전기력 구동에 의해 제2 방향(B')으로 휘어질 때 캔틸레버층(240)에 갈음하여 전극(220)과 캔틸레버층(240) 사이에 배치된 타 부재에 접촉할 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층(240)과 타 부재 간에 소정의 갭을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(260)의 기둥 구조물이 소정의 면과 맞닿으면서 캔틸레버층(240)과 타 부재 간에 소정의 갭을 형성시킬 수 있다.The contact preventive member 260 is disposed between the electrode 220 and the cantilever layer 240 in a cantilever layer 240 when the cantilever layer 240 is bent in the second direction B ' It can contact other members. As a result, a predetermined gap can be formed between the cantilever layer 240 and other members. For example, a predetermined gap may be formed between the cantilever layer 240 and another member while the columnar structure of the contact preventive member 260 is in contact with a predetermined surface.

접촉 방지 부재(260)는 렌틸레버층(240)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 이격된 복수의 돌출 구조물들을 포함할 수 있다. 복수의 돌출 구조물을 지네 다리와 같이 렌틸레버층(240)에 배치할 수 있다.The contact preventive member 260 may include a plurality of protruding structures spaced apart at predetermined intervals along the longitudinal direction of the lentile lever layer 240. A plurality of protruding structures can be disposed on the lentile lever layer 240 like the knee legs.

절연층(280)은 전극(220)과 캔틸레버층(240) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 절연층(280)은 전극(220)과 캔틸레버층(240)이 접촉함으로써 발생될 수 있는 단락을 방지할 수 있다. 실시예에 따라, 절연층(280)은 진공에서의 유전율(ε0)보다 높은 유전율(ε)을 갖는 물질을 포함할 수 있고, 그 결과 높은 구동 전압에서도 전극(220)과 캔틸레버층(240) 사이에서 유전 파괴가 발생하지 않을 수 있다.The insulating layer 280 may be disposed between the electrode 220 and the cantilever layer 240. Therefore, the insulating layer 280 can prevent a short circuit that may be caused by the contact between the electrode 220 and the cantilever layer 240. The insulating layer 280 may include a material having a dielectric constant epsilon higher than the dielectric constant epsilon 0 in vacuum so that the electrode 220 and the cantilever layer 240 The dielectric breakdown may not occur.

고정 부재(290)는 캔틸레버층(240)의 일단을 소정의 위치에 고정할 수 있다. 고정 부재(290)는 별도의 부재일 수 있으나, 단순히 캔틸레버층(240)의 일단에 접하는 부재일 수 있다.The fixing member 290 can fix one end of the cantilever layer 240 at a predetermined position. The fixing member 290 may be a separate member, but may be a member that is in contact with one end of the cantilever layer 240.

도 5는 도 1의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 다른 실시예의 초기 상태에서의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 1의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 다른 실시예의 활성 상태에서의 단면을 나타내는 단면도이다.Fig. 5 is a cross-sectional view showing a cross section in an initial state of another embodiment of the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of Fig. 1, and Fig. 6 is a cross- to be.

도 5 및 도 6을 참조하면, 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(300)는 전극(320), 캔틸레버층(340), 접촉 방지 부재(360), 절연층(380) 및 기판(310)을 포함할 수 있다.5 and 6, the non-contact electrostatic driven multi-morph cantilever 300 includes an electrode 320, a cantilever layer 340, a contact prevention member 360, an insulating layer 380, and a substrate 310 .

전극(320)은 기판(310) 상에 배치될 수 있고, 도전성 물질을 포함할 수 있다. 전극(220)은 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버(300)가 구동될 때 소정의 정전하를 가질 수 있고, 그 결과 캔틸레버층(340)에 대해 전압차를 형성할 수 있다.The electrode 320 may be disposed on the substrate 310 and may include a conductive material. Electrode 220 may have a predetermined static charge when the non-contact electrostatic driven multi-morph cantilever 300 is driven, thereby forming a voltage difference with respect to the cantilever layer 340.

캔틸레버층(340)은 전극(320) 상에 배치될 수 있고, 일단이 고정될 수 있다. 따라서, 캔틸레버층(340)은 전극(320)과 전자기적 상호작용을 할 수 있고, 그 결과 타단이 전자기력에 의해 움직일 수 있다.The cantilever layer 340 may be disposed on the electrode 320, and one end may be fixed. Accordingly, the cantilever layer 340 can perform an electromagnetic interaction with the electrode 320, and as a result, the other end can move by the electromagnetic force.

캔틸레버층(340)은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 여기서, 캔틸레버층(340)에 포함된 각 층은 도전성 물질을 포함할 수 있다.The cantilever layer 340 may comprise a plurality of layers. Here, each layer included in the cantilever layer 340 may include a conductive material.

캔틸레버층(340)은 응력 특성이 상이한 복수의 층들에 기초하여 제1 방향(A'')으로 휠 수 있다.The cantilever layer 340 can be moved in the first direction A " based on the plurality of layers having different stress characteristics.

캔틸레버층(340)은 정전기력에 의해 제2 방향(B'')으로 구동될 수 있다. 여기서, 제2 방향(B'')은 제1 방향(A'')의 실질적으로 반대되는 방향일 수 있다. 캔틸레버층(340)은 캔틸레버층(340)이 갖는 전압과 전극(320)이 갖는 전압 사이의 차이에 기초하여 움직일 수 있다.The cantilever layer 340 can be driven in the second direction B " by electrostatic force. Here, the second direction B '' may be a substantially opposite direction of the first direction A ''. The cantilever layer 340 can move based on the difference between the voltage of the cantilever layer 340 and the voltage of the electrode 320.

접촉 방지 부재(360)는 캔틸레버층(340)에 형성될 수 있다. 접촉 방지 부재(360)는 도전성 물질 또는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 접촉 방지 부재(360)는 제2 방향(B'')으로 돌출되어 형성될 수 있다. 접촉 방지 부재(360)은 캔틸레버층(340) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 기판(310)에 접촉하는 것은 접촉 방지 부재(360)가 아닌 캔틸레버층(340)일 수 있다. 그러나, 기판(310)은 절연층(380)보다 상대적으로 미결합(dangling bond) 또는 결함(defect)이 적을 수 있고, 기판(310)으로 새어나간 전하가 전극(320)과 캔틸레버층(340) 사이의 전기장에 상대적으로 작은 영향을 줄 수 있다.The contact preventive member 360 may be formed on the cantilever layer 340. The contact preventive member 360 may include a conductive material or an insulating material. The contact preventive member 360 may be formed protruding in the second direction B ". The contact preventive member 360 may be disposed on the cantilever layer 340. In this case, the contact with the substrate 310 may be the cantilever layer 340, not the contact preventive member 360. The substrate 310 may have a relatively less dangling bond or defect than the insulating layer 380 and the charge leaking to the substrate 310 may be less than the electrode 320 and the cantilever layer 340. [ Can have a relatively small impact on the electric field between them.

접촉 방지 부재(360)는 기둥 구조물을 포함할 수 있다. 여기서, 기둥 구조물은 캔틸레버층(340)의 타면에 캔틸레버층(340)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 형성될 수 있고, 양단에서 제2 방향(B'')으로 돌출될 수 있다.The contact preventive member 360 may include a post structure. Here, the columnar structure may be formed on the other surface of the cantilever layer 340 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever layer 340, and may protrude from both ends in the second direction B ''.

접촉 방지 부재(360)는 캔틸레버층(340)의 일면이 전극(320)과 캔틸레버층(340) 사이에 배치된 타 부재에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(360)는 캔틸레버층(340)이 전극(320) 또는 절연층(380)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.The contact preventive member 360 can prevent one surface of the cantilever layer 340 from contacting other members disposed between the electrode 320 and the cantilever layer 340. [ For example, the contact preventive member 360 can prevent the cantilever layer 340 from contacting the electrode 320 or the insulating layer 380. [

접촉 방지 부재(360)는 캔틸레버층(340)이 정전기력 구동에 의해 제2 방향(B'')으로 휘어질 때 캔틸레버층(340)에 갈음하여 전극(320)과 캔틸레버층(340) 사이에 배치된 타 부재에 접촉할 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층(340)과 타 부재 간에 소정의 갭을 형성시킬 수 있다.The contact preventive member 360 is disposed between the electrode 320 and the cantilever layer 340 when the cantilever layer 340 is bent in the second direction B " by electrostatic force driving, It is possible to contact the other member. As a result, a predetermined gap can be formed between the cantilever layer 340 and other members.

접촉 방지 부재(360)는 렌틸레버층(340)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 이격된 복수의 돌출 구조물들을 포함할 수 있다. 복수의 돌출 구조물을 지네 다리와 같이 렌틸레버층(340)에 배치할 수 있다.The contact preventive member 360 may include a plurality of protruding structures spaced apart at predetermined intervals along the longitudinal direction of the lenticular lever layer 340. A plurality of protruding structures can be disposed on the lentile lever layer 340 like a knee leg.

절연층(380)은 전극(320)과 캔틸레버층(340) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 절연층(380)은 전극(320)과 캔틸레버층(340)이 접촉함으로써 발생될 수 있는 단락을 방지할 수 있다. 실시예에 따라, 절연층(380)은 진공에서의 유전율(ε0)보다 높은 유전율(ε)을 갖는 물질을 포함할 수 있고, 그 결과 높은 구동 전압에서도 전극(320)과 캔틸레버층(340) 사이에서 유전 파괴가 발생하지 않을 수 있다.An insulating layer 380 may be disposed between the electrode 320 and the cantilever layer 340. Accordingly, the insulating layer 380 can prevent a short-circuit that may be caused by the contact between the electrode 320 and the cantilever layer 340. [ The insulating layer 380 may include a material having a dielectric constant epsilon higher than the dielectric constant epsilon 0 in vacuum so that the electrode 320 and the cantilever layer 340 The dielectric breakdown may not occur.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart showing a method of manufacturing a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever according to embodiments of the present invention.

도 7을 참조하면, 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버를 제조함에 있어서, 기판 상에 전극이 형성(S120)될 수 있고, 제1 상면 및 제2 상면을 갖는 희생층이 전극 상에 형성(S130)될 수 있다. 또한, 제1 상면 상에 캔틸레버층이 형성(S140)될 수 있고, 제2 상면 상에 접촉 방지 부재가 형성(S150)될 수 있으며, 희생층이 제거(S160)될 수 있다. 실시예에 따라, 전극 상에 절연층이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7, in manufacturing a non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever, electrodes may be formed on a substrate (S120), and a sacrifice layer having a first upper surface and a second upper surface may be formed on the electrode (S130) . Also, a cantilever layer may be formed on the first upper surface (S140), a contact preventive member may be formed on the second upper surface (S150), and the sacrificial layer may be removed (S160). According to an embodiment, an insulating layer may be formed on the electrode.

기판 상에 전극이 형성(S120)될 수 있다. 전극은 크롬이 증착(deposition) 및 패터닝(patterning)되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극은 0.1 μm 두께를 갖는 크롬 층일 수 있다.An electrode may be formed on the substrate (S120). The electrode can be formed by chromium deposition and patterning. For example, the electrode may be a chrome layer having a thickness of 0.1 [mu] m.

전극 상에 절연층이 형성될 수 있다. 절연층은 실리콘 질산화물(SiNx)이 증착 및 패터닝되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층은 0.2 μm 두께를 갖는 실리콘 질산화물층일 수 있다.An insulating layer may be formed on the electrode. The insulating layer may be formed by depositing and patterning silicon nitride oxide (SiNx). For example, the insulating layer may be a silicon oxynitride layer having a thickness of 0.2 [mu] m.

전극 상에 희생층이 형성(S130)될 수 있다. 실시예에 따라, 희생층은 절연층 상에 형성될 수 있다. 희생층은 제1 상면 및 제1 상면보다 낮은 제2 상면을 가질 수 있다. 희생층을 형성(S130)함에 있어서, 포토레지스트(PhotoResist; PR)가 전극 상에 스핀 코팅(spin coating)될 수 있고, 포토레지스트가 패터닝될 수 있으며, 포토레지스트가 소정의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 희생층은 0.4 μm 두께를 갖는 포토레지스트 층일 수 있고, 포토레지스트를 경화시키기 위해 희생층은 섭씨 200도에서 10분 가량 열처리될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 상면은 절연층 상에 형성될 수 있다.A sacrificial layer may be formed on the electrode (S130). According to an embodiment, a sacrificial layer may be formed on the insulating layer. The sacrificial layer may have a first upper surface and a second upper surface lower than the first upper surface. In forming the sacrificial layer (S130), a photoresist (PR) can be spin coated on the electrode, the photoresist can be patterned, and the photoresist can be heated to a predetermined temperature . For example, the sacrificial layer may be a photoresist layer having a thickness of 0.4 [mu] m, and the sacrificial layer may be heat treated at 200 [deg.] C for 10 minutes to cure the photoresist. According to an embodiment, the first upper surface may be formed on the insulating layer.

희생층의 제1 상면 상에 캔틸레버층이 형성(S140)될 수 있다. 캔틸레버층은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 캔틸레버층을 형성(S140)함에 있어서, 티타늄을 포함하는 제1 층이 열 증착(thermal evaporation) 공정에 의해 형성될 수 있고, 제1 층 상에 금을 포함하는 제2 층이 열 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 층은 20 nm 두께를 갖는 티타늄 층일 수 있고, 제2 층은 90 nm를 갖는 금층일 수 있다. 또한, 캔틸레버층은 패터닝될 수 있다.A cantilever layer may be formed on the first upper surface of the sacrificial layer (S140). The cantilever layer may comprise a plurality of layers. In forming the cantilever layer (S140), a first layer containing titanium may be formed by a thermal evaporation process, and a second layer containing gold on the first layer may be formed by a thermal deposition process . For example, the first layer may be a titanium layer having a thickness of 20 nm and the second layer may be a gold layer having a thickness of 90 nm. Further, the cantilever layer can be patterned.

희생층의 제2 상면 상에 접촉 방지 부재가 형성(S150)될 수 있다. 접촉 방지 부재는 니켈이 전기도금(electroplating)되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재는 1 μm 두께를 갖는 니켈 층일 수 있다.A contact preventive member may be formed on the second upper surface of the sacrificial layer (S150). The contact preventive member may be formed by electroplating nickel. For example, the contact-preventing member may be a nickel layer having a thickness of 1 mu m.

희생층이 제거(S160)될 수 있다. 희생층은 건식 식각(dry eching) 공정에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트를 포함하는 희생층은 마이크로파 산소 플라즈마 폴리머 식각기(microwave O2 plasma polymer etcher)에 의해 제거될 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층이 휘어진 초기 상태에 배치될 수 있다.The sacrificial layer may be removed (S160). The sacrificial layer may be removed by a dry etching process. For example, the sacrificial layer comprising photoresist can be removed by microwave O 2 plasma polymer etcher. As a result, the cantilever layer can be arranged in the initial state in which it is bent.

실시예에 따라, 희생층은 제1 상면을 갖는 제1 희생층과 제2 상면을 갖는 제2 희생층을 포함할 수 있다. 이 경우, 희생층이 형성(S130)됨에 있어서, 제1 희생층과 제2 희생층이 개별적으로 형성될 수 있고, 희생층이 제거(S160)됨에 있어서, 제1 희생층과 제2 희생층이 개별적으로 제거될 수 있다. 이 때, 제1 희생층과 제2 희생층은 상이한 물질을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the sacrificial layer may comprise a first sacrificial layer having a first top surface and a second sacrificial layer having a second top surface. In this case, when the sacrificial layer is formed (S130), the first sacrificial layer and the second sacrificial layer may be formed separately, and the sacrificial layer is removed (S160) They can be removed individually. At this time, the first sacrificial layer and the second sacrificial layer may contain different materials.

도 8 내지 도 12는 도 7의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.FIGS. 8 to 12 are cross-sectional views for explaining an embodiment of a method of manufacturing the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG.

도 8을 참조하면, 기판(210) 상에 전극(220)이 형성될 수 있고, 전극(220) 상에 절연층(280)이 형성될 수 있다. 전극(220)은 크롬이 증착 및 패터닝되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극(220)은 0.1 μm 두께를 갖는 크롬 층일 수 있다. 절연층(280)은 실리콘 질산화물이 증착 및 패터닝되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(280)은 0.2 μm 두께를 갖는 실리콘 질산화물층일 수 있다.Referring to FIG. 8, an electrode 220 may be formed on the substrate 210, and an insulating layer 280 may be formed on the electrode 220. The electrode 220 may be formed by depositing and patterning chromium. For example, the electrode 220 may be a chrome layer having a thickness of 0.1 [mu] m. The insulating layer 280 may be formed by depositing and patterning silicon oxynitride. For example, the insulating layer 280 may be a silicon oxynitride layer having a thickness of 0.2 [mu] m.

도 9를 참조하면, 전극(220) 상에 희생층(285)이 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 희생층(285)은 절연층(280) 상에 형성될 수 있다. 희생층(285)은 제1 상면(D) 및 제1 상면(D)보다 낮은 제2 상면(E)을 가질 수 있다. 희생층(285)을 형성함에 있어서, 포토레지스트가 전극(220) 상에 스핀 코팅될 수 있고, 포토레지스트가 패터닝될 수 있으며, 포토레지스트가 소정의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 희생층(285)은 0.4 μm 두께를 갖는 포토레지스트 층일 수 있고, 포토레지스트를 경화시키기 위해 희생층(285)은 섭씨 200도에서 10분 가량 열처리될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 상면(D)은 절연층(280) 상에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9, a sacrificial layer 285 may be formed on the electrode 220. According to an embodiment, a sacrificial layer 285 may be formed on the insulating layer 280. The sacrificial layer 285 may have a first top surface D and a second top surface E that is lower than the first top surface D. [ In forming the sacrificial layer 285, a photoresist can be spin coated on the electrode 220, a photoresist can be patterned, and the photoresist can be heated to a predetermined temperature. For example, the sacrificial layer 285 may be a photoresist layer having a thickness of 0.4 [mu] m, and the sacrificial layer 285 may be heat treated at 200 [deg.] C for 10 minutes to cure the photoresist. According to the embodiment, the first top surface D may be formed on the insulating layer 280. [

도 10을 참조하면, 희생층(285)의 제1 상면(D) 상에 캔틸레버층(240)이 형성될 수 있다. 캔틸레버층(240)은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 캔틸레버층(240)을 형성함에 있어서, 티타늄을 포함하는 제1 층이 열 증착 공정에 의해 형성될 수 있고, 제1 층 상에 금을 포함하는 제2 층이 열 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 층은 20 nm 두께를 갖는 티타늄 층일 수 있고, 제2 층은 90 nm를 갖는 금층일 수 있다. 또한, 캔틸레버층(240)은 패터닝될 수 있다.Referring to FIG. 10, a cantilever layer 240 may be formed on the first upper surface D of the sacrificial layer 285. The cantilever layer 240 may comprise a plurality of layers. In forming the cantilever layer 240, a first layer comprising titanium may be formed by a thermal deposition process, and a second layer comprising gold on the first layer may be formed by a thermal deposition process . For example, the first layer may be a titanium layer having a thickness of 20 nm and the second layer may be a gold layer having a thickness of 90 nm. Also, the cantilever layer 240 can be patterned.

도 11을 참조하면, 희생층(285)의 제2 상면(E) 상에 접촉 방지 부재(260)가 형성될 수 있다. 접촉 방지 부재(260)는 니켈이 전기도금되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 접촉 방지 부재(260)는 1 μm 두께를 갖는 니켈 층일 수 있다.Referring to FIG. 11, a contact preventive member 260 may be formed on the second upper surface E of the sacrificial layer 285. The contact preventive member 260 may be formed by electroplating nickel. For example, the contact-preventing member 260 may be a nickel layer having a thickness of 1 mu m.

도 11 및 12를 참조하면, 희생층(285)이 제거될 수 있다. 희생층(285)은 건식 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트를 포함하는 희생층(285)은 마이크로파 산소 플라즈마 폴리머 식각기에 의해 제거될 수 있다. 그 결과, 캔틸레버층(240)이 휘어진 초기 상태에 배치될 수 있다.Referring to Figures 11 and 12, the sacrificial layer 285 may be removed. The sacrificial layer 285 may be removed by a dry etching process. For example, the sacrificial layer 285 comprising photoresist may be removed by microwave oxygen plasma polymeric etching. As a result, the cantilever layer 240 can be placed in the bent initial state.

도 13 내지 도 17은 도 7의 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.FIGS. 13 to 17 are cross-sectional views for explaining another embodiment of the method for manufacturing the non-contact electrostatic-driven multi-morph cantilever of FIG.

도 13을 참조하면, 기판(310) 상에 전극(320)이 형성될 수 있고, 전극(320) 상에 절연층(380)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 13, an electrode 320 may be formed on a substrate 310, and an insulating layer 380 may be formed on an electrode 320.

도 14를 참조하면, 전극(320) 상에 희생층(385)이 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 희생층(385)은 절연층(380) 상에 형성될 수 있다. 희생층(385)은 제1 상면(D) 및 제1 상면(D)보다 낮은 제2 상면(E)을 가질 수 있다.Referring to FIG. 14, a sacrificial layer 385 may be formed on the electrode 320. According to an embodiment, a sacrificial layer 385 may be formed on the insulating layer 380. The sacrificial layer 385 may have a first top surface D and a second top surface E that is lower than the first top surface D. [

도 15를 참조하면, 희생층(385)의 제1 상면(D) 및 제2 상면(E) 상에 캔틸레버층(340)이 형성될 수 있다. 캔틸레버층(340)은 복수의 층들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, a cantilever layer 340 may be formed on the first upper surface D and the second upper surface E of the sacrificial layer 385. The cantilever layer 340 may comprise a plurality of layers.

도 16을 참조하면, 희생층(385)의 제2 상면(E) 및 캔틸레버층(340) 상에 접촉 방지 부재(360)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 16, a contact preventive member 360 may be formed on the second upper surface E of the sacrificial layer 385 and the cantilever layer 340.

도 16 및 17을 참조하면, 희생층(385)이 제거될 수 있다. 희생층(385)은 건식 식각 공정에 의해 제거될 수 있다.16 and 17, the sacrificial layer 385 can be removed. The sacrificial layer 385 may be removed by a dry etching process.

이상, 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버 및 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다.As described above, the non-contact electrostatic driving multi-morph cantilever according to the embodiments of the present invention and the method of manufacturing the non-contact electrostatic multimorph cantilever have been described with reference to the drawings. However, the above description is merely illustrative and not limitative of the scope of the present invention It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

본 발명은 초소형 정밀기계를 필요로 하는 곳에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System; MEMS)에서 사용되는 멀티모프 캔틸레버 구동기 등에 적용될 수 있다.The present invention can be applied variously where a very small precision machine is required. For example, the present invention can be applied to a multi-morph cantilever actuator used in a micro electro mechanical system (MEMS).

상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. You will understand.

100, 200, 300: 비접촉 정전구동 멀티모프 캔틸레버
120, 220, 240: 전극
140, 240, 340: 캔틸레버층
160, 260, 360: 접촉 방지 부재
180, 280, 380: 절연층100, 200, 300: Non-contact electrostatic driven multi-morph cantilever
120, 220, 240: electrode
140, 240, 340: cantilever layer
160, 260, 360: contact prevention member
180, 280, 380: insulating layer

Claims

electrode;
A cantilever layer disposed on the electrode and fixed at one end and bent in a first direction based on a plurality of layers having different stress characteristics and driven in a second direction by an electrostatic force; And
And a contact stopper disposed in the cantilever layer for preventing contact between one side of the cantilever layer and another member disposed between the electrode and the cantilever layer.

The apparatus according to claim 1, wherein the contact prevention member
And a columnar structure formed on the other surface of the cantilever layer in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the cantilever layer and projecting from both ends in the second direction.

3. The method of claim 2,
And a predetermined gap is formed between the cantilever layer and the other member while the columnar structure comes into contact with a predetermined surface when the columnar structure is bent in the second direction by the electrostatic force driving.

The method according to claim 1,
And an insulating layer disposed between the cantilever layer and the electrode,
Wherein the contact preventive member prevents the cantilever layer from contacting the electrode or the insulating layer.

The method according to claim 1,
And the contact preventive member has a shape that surrounds the cantilever layer in a 'C' shape.

The method according to claim 1,
Wherein the contact preventive member has a rim that surrounds the periphery of the cantilever layer and a bridge structure that protrudes in the second direction from both ends of the rim.

The method according to claim 6,
Wherein the cantilever layer is inserted into the inner surface of the rim so that the inner surface and the other surface of the cantilever layer are on the same plane.

Forming an electrode on the substrate;
Forming a sacrificial layer on the electrode, the sacrificial layer having a first upper surface and a second upper surface lower than the first upper surface;
Forming a cantilever layer on the first upper surface;
Forming a contact prevention member on the second upper surface to prevent one surface of the cantilever layer from contacting another member disposed between the electrode and the cantilever layer; And
And removing the sacrificial layer. The method of manufacturing a non-contact electrostatic-drive multi-morph cantilever according to claim 1,

9. The method of claim 8,
And forming an insulating layer on the electrode,
Wherein the first upper surface of the sacrificial layer is formed on the insulating layer. &Lt; RTI ID = 0.0 > 18. < / RTI >

The method of claim 8, wherein forming the sacrificial layer
Forming a first sacrificial layer having the first top surface; And
And forming a second sacrificial layer having the second upper surface,
The step of removing the sacrificial layer
Removing the first sacrificial layer; And
And removing the second sacrificial layer. The method of manufacturing a non-contact electrostatic-drive multi-morph cantilever according to claim 1,