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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

Research Project

Project/Area Number 18J14159
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nano/Microsystems
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

佐野 智華子  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsエレクトレット / 低消費電力 / MEMS / MEMS
Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] An Electret-Augmented Low-Voltage MEMS Electrostatic Out-of-Plane Actuator for Acoustic Transducer Applications2020

    • Author(s)
      Sano Chikako、Ataka Manabu、Hashiguchi Gen、Toshiyoshi Hiroshi
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 11 Issue: 3 Pages: 267-267

    • DOI

      10.3390/mi11030267

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Low-voltage-driven electrostatic microspeakers with potassium-ion-electrets2019

    • Author(s)
      Sano C、Menon V、Honma H、Hashiguchi G、Toshiyoshi H
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 1407 Issue: 1 Pages: 012129-012129

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1407/1/012129

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Triboelectric energy harvesting with surface-charge-fixed polymer based on ionic liquid2018

    • Author(s)
      Sano Chikako、Mitsuya Hiroyuki、Ono Shimpei、Miwa Kazumoto、Toshiyoshi Hiroshi、Fujita Hiroyuki
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials

      Volume: 19 Issue: 1 Pages: 317-323

    • DOI

      10.1080/14686996.2018.1448200

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] SOIウエハの内向面へのエレクトレット形成とMEMS静電アクチュエータ利用2020

    • Author(s)
      佐野 智華子、安宅 学、橋口 原、年吉 洋
    • Organizer
      令和2年電気学会全国大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Electret assisted low-power bidirectional electrostatic microspeakers2019

    • Author(s)
      Chikako Sano、Manabu Ataka、Gen Hashiguchi、Hiroshi Toshiyoshi
    • Organizer
      The 19th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] エレクトレットを利用した低消費電力静電マイクロスピーカー2019

    • Author(s)
      佐野 智華子、安宅 学、橋口 原、年吉 洋
    • Organizer
      電気学会センサ・マイクロマシン部門主催 第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Low-voltage-driven electrostatic microspeakers with potassium-ion-electrets2018

    • Author(s)
      Chikako Sano、Vivek Menon、Hiroaki Honma、Gen Hashiguchi、Hiroshi Toshiyoshi
    • Organizer
      The 18th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Funded Workshop] The 18th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2018)2018

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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