초록 ▼

□ 연구개요
• 웨어러블 디바이스 및 원격 제어기기에 대한 수요 증가와 함께 안정적인 전력 공급 수단으로서 미활용 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 압전소자에 대한 관심이 증가하고 있음. 주로 사용되는 PZT 압전소자는 유해한 납 성분을 포함하고 있어 웨어러블 디바이스에의 적용이 어려운 실정임.
• GaN 압전소자는 고성능, 성능 안정성, 환경/생체 적합성을 모두 충족시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있으나, 기술 성장 단계에 있어 실용화를 위한 추가적인 연구가 필요함.
• 본 연구과제는 3차원 GaN 마이크로 구조체와

□ 연구개요
• 웨어러블 디바이스 및 원격 제어기기에 대한 수요 증가와 함께 안정적인 전력 공급 수단으로서 미활용 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 압전소자에 대한 관심이 증가하고 있음. 주로 사용되는 PZT 압전소자는 유해한 납 성분을 포함하고 있어 웨어러블 디바이스에의 적용이 어려운 실정임.
• GaN 압전소자는 고성능, 성능 안정성, 환경/생체 적합성을 모두 충족시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있으나, 기술 성장 단계에 있어 실용화를 위한 추가적인 연구가 필요함.
• 본 연구과제는 3차원 GaN 마이크로 구조체와 Ultra-soft 유연기판을 활용하여 고성능 Flexible 압전소자 제작 원천 기술을 개발하는 것을 목표로 함. 이를 통해 고출력성, 우수한 압전계수, 성능 안정성 및 환경/생체 적합성을 갖춘 GaN 압전소자의 마이크로 구조화를 실현하고, 인체 Skin과 유사한 강성을 가진 Ultra-soft 기판 제작을 목표로 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
[1차년도] (연구목표) GaN 압전 마이크로 구조체 제작기술 개발. (연구결과) (1) 전산해석을 통해 높은 종횡비 & Sharp tip GaN의 압전효과 향상 타당성 검증 완료, (2) MOCVD 공정 조건 조절에 따른 Vertical growth 향상기술 개발 및 후공정을 통해 Aspect-ratio 5 이상의 GaN 마이크로 구조체 제작 성공
[2차년도] (연구목표) Ultra-soft 기판 제작 및 집적기술 개발. (연구결과) (1) 생체친화성 소재 기반의 Soft 전도성 복합 소재의 다공성 구조화 기술 확보를 통한 Ultra-soft 기판 제작 및 인체 미세 기계 에너지 하베스팅에 적합한 유효 탄성 계수 20 kPa 미만 구현 확인, (2) GaN 마이크로 구조체의 Ultra-soft 기판 집적을 통한 압전소자 제작 및 성능 측정 완료
[3차년도] Multi-junction GaN 구조 기반 압전 소자 제작 및 성능 최적화. (연구결과) (1) MOCVD를 이용한 Multi-junction GaN 압전 구조체 성장 기술 개발 및 Tunnel junction을 이용한 소자층 최적화 및 압전 효과 검증 (Multi-junction GaN 압전소자 최대 생산전압 20 V, 최대 생산 전류밀도 20 μA/m² 이상 달성), (2) GaN 구조체 기반 Ultra-soft 유연 압전소자의 Bending 상황에서 안정적인 압전 변환 효과 검증 완료

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
(1) 연구개발성과의 활용 계획
• 고성능 GaN 기반 Flexible 압전 에너지 하베스팅 소자 기술은 기존 압전 소자의 한계를 극복하고, Self-powered 웨어러블 디바이스 등 차세대 기술 개발에 기여
• 이 기술은 에너지 하베스팅, 무선 센서 네트워크, 웨어러블 의료기기 등 다양한 분야로 확장 가능하여, 기술 이전 및 산업계 협력 기대
(2) 연구개발결과의 기대 효과
• GaN 마이크로 구조체와 Ultra-soft 기판 기술의 발전을 통해 Flexible Electronics, 에너지 하베스팅 분야에 기여 및 관련 학문적 발전 촉진
• 고성능, 환경친화적 압전 소자 개발을 통해 에너지 효율성, 지속 가능한 기술 개발에 기여 및 관련 산업의 경쟁력 강화 및 사회적 가치 창출 가능

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 38