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イオン液体の可変大容量キャパシタを利用したエレクトレット振動発電素子の開発

采用离子液体可变大容量电容器的驻极体振动发电元件的开发

基本信息

批准号：
18J14159
负责人：
佐野智華子
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14159/
关键词：
エレクトレット低消費電力ＭＥＭＳ MEMS

项目摘要

昨年度に引き続き、カリウムイオンエレクトレットの応用先として面外方向に動作する振動膜で構成した静電駆動マイクロアクチュエータを取り上げ、シリコンマイクロマシニング技術を用いて製作する方法を考案し、デバイスの試作と特性評価を行った。昨年度作製したエレクトレット積層型のデバイスはエレクトレットチップをデバイスとは別に作製して積層するため、エレクトレット化のプロセスが容易ではあるが、振動膜とエレクトレットの間のギャップ制御や位置合わせを必要とした。そこで今年度は、ＳＯＩウエハから作製したデバイスの内向面にあたる１～２μｍの狭ギャップ部分にエレクトレットを形成するエレクトレット一体型のデバイスに取り組んだ。ＬＯＣＯＳ法を利用したプロセスにより作製したエレクトレット一体型の振動膜アクチュエータの挙動を確認したところ、エレクトレットが振動膜と対向電極との間に－４０Ｖ分の電位差を形成したことが静特性ならびに動特性から確認できた。つまり、バイアス電圧を印加せずに信号電圧のみで駆動しても、エレクトレットにより静電変位が増大し、４０Ｖのバイアス電圧を印加したときと同じ出力が得られることを示した。また、今年度はエレクトレット材料をＭＥＭＳ静電アクチュエータに応用する際の理論の構築も行った。平行平板アクチュエータにエレクトレット膜を形成した際に対向電極との間に生じる静電引力を計算し、ＬＴｓｐｉｃｅモデルを作成してその挙動を検証した。これにより、エレクトレットが外部ＤＣ電圧と等価の電位を対向電極との間に形成し、静電変位を増大する効果があることを確認できた。また、デバイスの動特性に影響する共振周波数や、エレクトレット化プロセスの際に把握しておく必要のあるプルイン電圧に関しては、設計指針を検討するとともに、有限要素法を用いた物理シミュレーションソフトウェアであるＣＯＭＳＯＬを用いて具体的な値を確認した。

In the past year, the structure of the vibrating membrane was studied, and the characteristics of the vibrating membrane were evaluated. It is necessary to make it easy to make the multilayer type of vibration film, and to make it easy to make the multilayer type of vibration film, and to make it easy to make the diaphragm type of vibration film. This year's SOI structure is composed of 1~2μm narrow part and integral part. The vibration of the integral vibration membrane manufactured by the LOCOS method using the PROTOCOL was confirmed. The static and dynamic characteristics of the vibration membrane and the counter electrode were confirmed by the fact that the potential difference of-40V was formed between the vibration membrane and the counter electrode. The signal voltage is increased by the static voltage of 40V, and the output is increased by the signal voltage. This year, the theory of MEMS electrostatic field application is constructed. Calculation of electrostatic attraction between opposite electrodes when parallel plates are formed and simulation of vibration For example, if the voltage of the external DC voltage increases, the voltage of the external DC voltage increases. The number of resonance cycles is determined by the finite element method.