Kイオン拡散により荷電させた櫛歯型エレクトレット発電器

出典: BeansCM

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環境応用デバイス マイクロエネルギー 環境発電 振動
機能・製作用要素 機能要素 機械要素 ばね
機能・製作用要素 機能要素 アクチュエータ・トランスデューサ要素 発電要素


目次

項目の説明 【必須】

櫛歯型電極を持つシリコン振動子をKOH雰囲気で熱酸化してシリコン電極表面にSiO2膜を形成し, Bias-Tempプロセスによって,Kイオンを拡散させてSiO2膜の荷電を行ったエレクトレット発電器

構造

図1に示すように,Si基板をDRIEで加工して櫛歯構造を得たのち,85℃に加熱した40%KOH水溶液に窒素をバブリングしたガスを酸化炉に導入し, 熱酸化を行う.酸化膜の厚さは500nm-1umである.その後,400℃の環境で200Vを櫛歯電極間に印加し(Bias-Tempプロセス),櫛歯電極側壁の SiO2膜を荷電した.荷電後にHMDSをコーティングすることにより,表面電位の安定化を図った.表面電位は90Vである.

図2に試作した発電器構造を示す.12mm角のチップに間隔10umの333ペアの櫛歯が配置されており,最大振幅は200umである.

図1 酸化膜形成方法
図2 発電器構造

特性・性能・評価

図3に58Hz,0.6Gの外部振動周波数に対する,出力電圧波形を示す.外部負荷100MOhmに対して,6.4 Vp-pの出力が得られている. 図4に58Hz,0.6Gの外部振動周波数に対する,出力電圧振幅,出力電力と外部負荷の関係を示す.最適抵抗値は100MOhmであり,最大47nWが得られた.

図3 出力電圧
図4 発電出力

文献情報,参考文献

[1] Suzuki, M., Hayashi, H., Mori, A., Sugiyama, T., and Hashiguchi, G., “Electrostatic Micro Power Generator Using Potassium Ion Electret Forming on a Comb-drive Actuator,” Proc. 12th Int. Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2012), Atlanta, (2012), pp. 247-250.

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