Piezo

Was ist "Piezo"?

Ein Piezo bezeichnet ein piezoelektrisches Element/Gerät, das bei Krafteinwirkung eine Spannung erzeugt (piezoelektrischer Effekt) oder sich umgekehrt bei Spannungszufuhr verformt (umgekehrter piezoelektrischer Effekt).

[piezoelektrischer Effekt]

Piezoelektrische Elemente verwenden Piezomaterialien, die den piezoelektrischen Effekt ausnutzen. Bei Krafteinwirkung bewegt sich die Position der positiven (+) und negativen (-) Ionen, wodurch eine Vorspannung entsteht, die eine Spannung erzeugt.

[Das Prinzip der elektrischen Polarisation] / [Spannungserzeugung über elektrische Polarisation]

Der piezoelektrische Effekt wird vor allem in Sensoren genutzt, während der umgekehrte piezoelektrische Effekt häufig in Aktoren eingesetzt wird.

Piezoelektrische Materialien

Piezoelektrische Materialien lassen sich grob in Einkristall, Keramik, Dünnschicht und andere Typen einteilen.

[Piezoelektrische Materialien]

ROHM verwendet Dünnschicht-Piezos, die aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) bestehen.
PZT wird von den Initialen des Elementsymbols PbZrxTi1-xO3 (O<x<1) abgeleitet. Es ist ein Material mit sehr hoher piezoelektrischer Leistung und hat eine wichtige Rolle in piezoelektrischen Bauteilen.

Piezoelektrische Dünnschicht und Bulk-Ware

Im Allgemeinen werden Piezo-Elemente mit einer Dicke von einigen μm als piezoelektrische Dünnschichtmodule klassifiziert, während solche im zweistelligen μm-Bereich als Bulk-Ware (Dickschicht-Piezo) gelten.
Der Einsatz von Dünnfilm-Piezos ermöglicht es kleinere integrierte Geräte bei gleichzeitig höherer Leistung und geringerem Stromverbrauch zu bauen.

Verfahren zur Ablösung von PZT-Dünnschichten

Die PZT-Dünnschicht-Ablösung wird durch verschiedene Verfahren erreicht, dazu gehören das Sol-Gel-Verfahren, Sputtern und das MOCVD-Verfahren. Die Merkmale der einzelnen Verfahren sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Sol-Gel-Verfahren Sputtern (Kathodenzerstäubung) MOCVD-Verfahren / Metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (metal-organic chemical vapour deposition)
Eine Sol-Gel-Flüssigkeit wird auf das Substrat aufgetragen; durch Erhitzen und Einbrennen der Flüssigkeit, wird ein Film gebildet. Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt, um die gewünschte Dicke zu erreichen. Hochenergetische Ar-Ionen werden durch Beschuss aus einem Target (Festkörper) herausgelöst, dieses Targetmaterial lagert sich am Substrat an und bildet einen Film. Metallorganische Materialien werden in eine Reaktionskammer geleitet und durch eine chemische Reaktion wird ein Film gebildet. Die Schichtdicke kann über die atomare Schichtordnung gesteuert werden.
Piezoelektrische Eigenschaften ?
Durchlaufleistung ×
Zuverlässigkeit
Gleichmäßigkeit
Stabilität der Polarisation
Kosten
Anwendungen Aktor (1~3μm) Aktor oder Sensor
(1~5μm)
FeRAM (<100nm)

ROHMs Wafer-Herstellungsverfahren für piezoelektrische Dünnschicht-MEMS bietet umfassende Unterstützung vom Prototyping und der Entwicklung bis zur Massenproduktion. Die Realisierung kompakter, energiesparender und leistungsstarker Produkte steht im Vordergrund und wird kombiniert mit ROHMs Dünnfilm-Piezo- und LSI-Mikrofabrikationstechnologien.

> Wafer-Herstellungsverfahren für piezoelektrische Dünnschicht-MEMS

Die nächste Seite enthält eine kurze Zusammenfassung der piezo-bezogenen Terminologie.