振動発電素子の長期信頼性改善のためのエレクトレット劣化メカニズム解明

阐明驻极体劣化机理，提高振动发电元件的长期可靠性

• 批准号: 21H01271
• 负责人: 年吉 洋
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01271/
• 关键词: MEMS; 振動発電; エナジーハーベスタ; エレクトレット

本研究は、ＩｏＴ無線センサ等の自律電源として有力視されているＭＥＭＳ型環境振動発電素子の発電効率と素子信頼性を高めるための研究として、機械-電気エネルギ変換材料であるシリコン酸化膜由来のエレクトレット（永久電荷）膜の電荷密度が経時変化するメカニズムを実験および分子動力学的手法を用いて解析した。また、特性劣化を抑制する手段として、エレクトレット材料の表面保護膜による水分子吸着の防止や、エレクトレット膜中へのバリア層挿入によるシリコン基板側からのキャリア侵入抑制などの対策を施し、その効果を検証した。さらに、これらの知見と対策を活用して、エレクトレット電位が１０％劣化するまでの時間を１０年以上に改善した高信頼性エレクトレット振動発電素子を実証した。

This study is aimed at improving the transmission efficiency and electron reliability of MEMS environmental vibration emitters in IoT wireless devices and other autonomous power sources. The origin of the charge density of the acidified films in mechanical-electrical energy conversion materials is analyzed by molecular dynamics methods. Measures to suppress the deterioration of the characteristics of the substrate are implemented to prevent the adsorption of water molecules in the protective film on the surface of the substrate and to prevent the intrusion of water molecules in the protective film on the substrate. In addition, the improvement of the high reliability of the vibration transmitter can be achieved in more than 10 years after the potential degradation of 10% due to the use of the knowledge and countermeasures.

项目成果

Effect of H2O and H2 gas to the Lifetime of Vacuum-annealed Potassium-doped SiO2 Electret for MEMS Vibrational Energy Harvester

H2O 和 H2 气体对 MEMS 振动能量采集器真空退火掺钾 SiO2 驻极体寿命的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: プトラ・レファルディ;小澤孝拓;本間浩章;福谷克之;年吉 洋
• 通讯作者: 年吉 洋

Effect of hydrogen atoms on potassium-ion electrets used in vibration-powered generators

氢原子对振动发电机中使用的钾离子驻极体的影响

• DOI: 10.1016/j.mssp.2022.107306
• 发表时间: 2023
• 期刊: Materials Science in Semiconductor Processing
• 影响因子: 4.1
• 作者: Ohata Yoshiki;Araidai Masaaki;Ishiguro Takuma;Mitsuya Hiroyuki;Toshiyoshi Hiroshi;Shibata Yasushi;Hashiguchi Gen;Shiraishi Kenji
• 通讯作者: Shiraishi Kenji

MACHINE LEARNING-BASED EXPERIMENT PLANNING OF POTASSIUM-ION SiO2 ELECTRET FORMING

基于机器学习的钾离子SiO2驻极体形成实验规划

• 发表时间: 2022
• 作者: Refaldi I.D. Putra;Hiroaki Honma;and Hiroshi Toshiyoshi
• 通讯作者: and Hiroshi Toshiyoshi

Improvement of the reliability of potassium-ion electrets thorough an additional oxidation process

通过额外的氧化过程提高钾离子驻极体的可靠性

• DOI: 10.1063/5.0129247
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Ohata Yoshiki;Nakanishi Toru;Chokawa Kenta;Araidai Masaaki;Ishiguro Takuma;Mitsuya Hiroyuki;Toshiyoshi Hiroshi;Shibata Yasushi;Hashiguchi Gen;Shiraishi Kenji
• 通讯作者: Shiraishi Kenji

Effects of Gas Adsorption and Ions on the Reliability of Potassium-ion SiO2 Electret

气体吸附和离子对钾离子SiO2驻极体可靠性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Refaldi Intri Dwi Putra;Takahiro Ozawa;Hiroaki Honma;Hiroshi Toshiyoshi;and Katsuyuki Fukutani,
• 通讯作者: and Katsuyuki Fukutani,