많은 연구 그룹들은 저항식, 정전식의 센서를 이용하여 모바일 기계나 안드로이드 로봇에 적용하기 위해서 터치 센서를 개발하고 있다. 하지만 이러한 터치센서들은 단순히 압력이나 압력의 분포만을 인지 할 뿐 인간이 느낄 수 있는 부드러움, 거칠기, 고통과 같은 정신감각적인 것들은 인식 하지 못 한다. 정신적인 감각 신호를 만들어 내기 위해서 우리는 압전 물질을 이용하여 터치 센서 어레이 개발을 시도하였다. 압전 물질을 이용한 터치 센서는 자가발전, 고분해능, ...
많은 연구 그룹들은 저항식, 정전식의 센서를 이용하여 모바일 기계나 안드로이드 로봇에 적용하기 위해서 터치 센서를 개발하고 있다. 하지만 이러한 터치센서들은 단순히 압력이나 압력의 분포만을 인지 할 뿐 인간이 느낄 수 있는 부드러움, 거칠기, 고통과 같은 정신감각적인 것들은 인식 하지 못 한다. 정신적인 감각 신호를 만들어 내기 위해서 우리는 압전 물질을 이용하여 터치 센서 어레이 개발을 시도하였다. 압전 물질을 이용한 터치 센서는 자가발전, 고분해능, 멀티 터치 등 다양한 부분에서 많은 이점을 가진다. 다양한 압전 물질 중에서도 ZnO나노와이어를 이용한 고효율 디바이스 개발을 위해 다양한 종류의 ZnO seed조건과 전극으로서의 메탈의 종류, Nanowire의 길이, 외부에서 가해지는 힘 등을 변화시켜 나타나는 전기적 특성을 측정하였다. 실온에서 기판 위에 골드와 ZnO seed를 증착시키고, 그 위에서 자란 ZnO Nanowire는 다른 메탈에서 자란 것들 보다 수직성, 결정성이 좋은 것으로 나타났다. ZnO nanowire의 길이는 성장 시간에 비례하였고, 길이의 증가에 따라서 발생하는 전압은 80mV에서 150mv까지 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 전류 또한 길이가 길어질수록 250 nA에서 400 nA까지 증가하였다. ZnO nanowire가 성장한 면적의 크기 또한 영향을 주는데, 그 면적이 작을수록 테두리 부분의 nanowire효과로 더욱 큰 전기적 신호를 발생하는 것을 확인하였다. 인간의 손끝에서 느낄 수 있는 촉감 세포 단위는 1mm2보다 작기 때문에, ZnO nanowire어레이가 작아 질수록 터치 센서로서의 기능적인 측면이 향상 될 것이다. 3x3 패턴 어레이를 만들어 뭉툭한 물건과 뾰족한 물건을 이용하여 9개의 패턴들의 특정 부분에 압력을 주고 발생하는 전기적 신호를 측정해 보았다. 물건의 모양이나 가한 힘의 정도에 따라 각각의 패턴들은 여러 신호를 발생시켰고, 영상처리를 통해 발생하는 신호의 크기를 여러 가지 색깔로 구분하였다. ZnO nanowire를 성장시키기 위해 필요한 온도는 90 이기 때문에 향후에는 유연하고 다양한 종류의 기판 위에 터치 센서가 개발 될 것이다. ZnO 나노 와이어를 이용한 터치 센서 개발의 기초 연구를 성공적으로 마쳤고, 이 논문의 실험 결과들은 앞으로 앞으로 자가발전이나 압전 디바이스 분야에 적용 될 수 있다.
많은 연구 그룹들은 저항식, 정전식의 센서를 이용하여 모바일 기계나 안드로이드 로봇에 적용하기 위해서 터치 센서를 개발하고 있다. 하지만 이러한 터치센서들은 단순히 압력이나 압력의 분포만을 인지 할 뿐 인간이 느낄 수 있는 부드러움, 거칠기, 고통과 같은 정신감각적인 것들은 인식 하지 못 한다. 정신적인 감각 신호를 만들어 내기 위해서 우리는 압전 물질을 이용하여 터치 센서 어레이 개발을 시도하였다. 압전 물질을 이용한 터치 센서는 자가발전, 고분해능, 멀티 터치 등 다양한 부분에서 많은 이점을 가진다. 다양한 압전 물질 중에서도 ZnO 나노와이어를 이용한 고효율 디바이스 개발을 위해 다양한 종류의 ZnO seed조건과 전극으로서의 메탈의 종류, Nanowire의 길이, 외부에서 가해지는 힘 등을 변화시켜 나타나는 전기적 특성을 측정하였다. 실온에서 기판 위에 골드와 ZnO seed를 증착시키고, 그 위에서 자란 ZnO Nanowire는 다른 메탈에서 자란 것들 보다 수직성, 결정성이 좋은 것으로 나타났다. ZnO nanowire의 길이는 성장 시간에 비례하였고, 길이의 증가에 따라서 발생하는 전압은 80mV에서 150mv까지 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 전류 또한 길이가 길어질수록 250 nA에서 400 nA까지 증가하였다. ZnO nanowire가 성장한 면적의 크기 또한 영향을 주는데, 그 면적이 작을수록 테두리 부분의 nanowire효과로 더욱 큰 전기적 신호를 발생하는 것을 확인하였다. 인간의 손끝에서 느낄 수 있는 촉감 세포 단위는 1mm2보다 작기 때문에, ZnO nanowire어레이가 작아 질수록 터치 센서로서의 기능적인 측면이 향상 될 것이다. 3x3 패턴 어레이를 만들어 뭉툭한 물건과 뾰족한 물건을 이용하여 9개의 패턴들의 특정 부분에 압력을 주고 발생하는 전기적 신호를 측정해 보았다. 물건의 모양이나 가한 힘의 정도에 따라 각각의 패턴들은 여러 신호를 발생시켰고, 영상처리를 통해 발생하는 신호의 크기를 여러 가지 색깔로 구분하였다. ZnO nanowire를 성장시키기 위해 필요한 온도는 90 이기 때문에 향후에는 유연하고 다양한 종류의 기판 위에 터치 센서가 개발 될 것이다. ZnO 나노 와이어를 이용한 터치 센서 개발의 기초 연구를 성공적으로 마쳤고, 이 논문의 실험 결과들은 앞으로 앞으로 자가발전이나 압전 디바이스 분야에 적용 될 수 있다.
Touch sensors have studied intensively to mimic the sense of human touch by using resistive, or ca-pacitive sensors and so on for mobile devices and android robot. However, most of touch sensors simply detect pressure or pressure distribution without psychological feelings such as soft, roughness or...
Touch sensors have studied intensively to mimic the sense of human touch by using resistive, or ca-pacitive sensors and so on for mobile devices and android robot. However, most of touch sensors simply detect pressure or pressure distribution without psychological feelings such as soft, roughness or pain. To produce artificial psychological feeling, we tried to develop touch sensor arrays based on piezoelectric. Touch sensors based on piezoelectric materials have several advantages such as self-powered, high resolu-tion, multi touch, and simple design. Various piezoelectric characteristics of ZnO nanowire have been stud-ied for a novel tactile sensor concept. To make device structure with high performance efficiency, the crystal orientation of seed layer, the kind of metals, the length of wire, the change of pressure, and the cell size ef-fect have been studied in the point of piezoelectric effect. The combination of Au electrode and thin ZnO seed layer formed by sputtering at room temperature shows a good piezoelectric power generation from the grown ZnO nanowire, since ZnO nanowires on the gold (Au) layer makes a Schottky barrier with good crys-tallinity. The length of ZnO nanowires are proportional to the growth time. With increasing length of wire, the electrical signal was increased from about 80 mV to 150 mV. The current was also increased from 250 nA to 400 nA. Smaller cell structure produces higher piezoelectric power density due to the increase of ef-fective edge area. Because the resolution of human fingers is very small, about 1mm2, the small size effect of ZnO wire array cell gives other design merit for touch sensor application. To produce touch feeling using ZnO wire sensor concept, 3x3 array patterns were fabricated, and then, the power signals were measured when giving external pressure by using several material such as sharp tip or blunt tip. The generated signals are different with materials, shapes and degree of pressure. Therefore, we can produce some psychological feelings using the ZnO wire array structure and signal processing. Since the maximum of process tempera-ture growing ZnO is 90°C, the structure design and fabrication process is quite proper to apply to a flexible substrate and tactile sensor concept. This result can be applied to other fields such as self-power generation or piezo-mechanical device.
Touch sensors have studied intensively to mimic the sense of human touch by using resistive, or ca-pacitive sensors and so on for mobile devices and android robot. However, most of touch sensors simply detect pressure or pressure distribution without psychological feelings such as soft, roughness or pain. To produce artificial psychological feeling, we tried to develop touch sensor arrays based on piezoelectric. Touch sensors based on piezoelectric materials have several advantages such as self-powered, high resolu-tion, multi touch, and simple design. Various piezoelectric characteristics of ZnO nanowire have been stud-ied for a novel tactile sensor concept. To make device structure with high performance efficiency, the crystal orientation of seed layer, the kind of metals, the length of wire, the change of pressure, and the cell size ef-fect have been studied in the point of piezoelectric effect. The combination of Au electrode and thin ZnO seed layer formed by sputtering at room temperature shows a good piezoelectric power generation from the grown ZnO nanowire, since ZnO nanowires on the gold (Au) layer makes a Schottky barrier with good crys-tallinity. The length of ZnO nanowires are proportional to the growth time. With increasing length of wire, the electrical signal was increased from about 80 mV to 150 mV. The current was also increased from 250 nA to 400 nA. Smaller cell structure produces higher piezoelectric power density due to the increase of ef-fective edge area. Because the resolution of human fingers is very small, about 1mm2, the small size effect of ZnO wire array cell gives other design merit for touch sensor application. To produce touch feeling using ZnO wire sensor concept, 3x3 array patterns were fabricated, and then, the power signals were measured when giving external pressure by using several material such as sharp tip or blunt tip. The generated signals are different with materials, shapes and degree of pressure. Therefore, we can produce some psychological feelings using the ZnO wire array structure and signal processing. Since the maximum of process tempera-ture growing ZnO is 90°C, the structure design and fabrication process is quite proper to apply to a flexible substrate and tactile sensor concept. This result can be applied to other fields such as self-power generation or piezo-mechanical device.
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