カリウムイオンエレクトレット膜の長期信頼性評価と実デバイスによる検証

• 研究課題/領域番号: 15H03946
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 橋口 原 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (70314903)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: エレクトレット / カリウムイオン / MEMS / 高温高湿加速試験 / コンデンサーマイクロフォン / 信頼性 / マイクロ・ナノデバイス / 帯電寿命 / マイクロマシン / カリウムイオンエレクトレット / 帯電機構 / 保護膜

研究成果の概要

カリウムイオンエレクトレット法の長期信頼性を担保するため、エレクトレット帯電電圧の劣化原因となる水分に対する保護膜を検討した。まずカリウムイオンエレクレット法の帯電原理を確認し、さらにシリコン窒化膜を表面に堆積し帯電実験を行ったところ、シリコン窒化膜がカリウムイオン移動のバリアとなって帯電しないことが判明した。この結果をもとに、帯電後に堆積できる保護膜として、パリレンC膜による高温高湿加速試験を行ない、85℃90%Rhの条件で、-1dB劣化寿命が50時間以上あることが判明した。またエレクトレットコンデンサーマイクロフォンの音圧感度も、85℃70%の条件では20時間以上ほぼ一定であった。

研究成果

• [雑誌論文] A Fluidic Vibrational Energy Harvester for Implantable Medical Device Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: INOUE SATOSHI、TAKAHASHI TAKUYA、KUMEMURA MOMOKO、ISHIBASHI KAZUNORI、FUJITA HIROYUKI、HASHIGUCHI GEN、TOSHIYOSHI HIROSHI
  • 雑誌名: Electronics and Communications in Japan 巻: 101 号: 4 ページ: 15-23
  • DOI: 10.1002/ecj.12035
  • NAID: 210000181710
• [雑誌論文] アルカリイオンを利用したＭＥＭＳ用エレクトレット技術とその応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋口原
  • 雑誌名: 自動化推進 巻: 2月号 ページ: 16-19
• [雑誌論文] A Bistable Comb-drive Elecrtostatic Actuator Biased by the Built-In Potential of Potassium Ion Electret (2016)
  • 著者名/発表者名: (1)M.Suzuki, T.Moriyama, H.Toshiyoshi, H.Ashizawa, Y.Fujita, H.Mitsuya, T.Sugiyama, M.Ataka, H.Toshiyoshi, and G.Hashiguchi,
  • 雑誌名: Journal of Microelectromechanical Systems 巻: 25 号: 4 ページ: 652-661
  • DOI: 10.1109/jmems.2016.2582215
  • 査読あり
• [雑誌論文] MEMS electrostatic inductive transformer using potassium ion electrets for up- or down-conversion of AC current (2016)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, T.Moriyama, H.Toshiyoshi, and G.Hashiguchi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: 107201-107201
  • NAID: 210000147145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charging mechanism of electret film made of potassium-ion-doped SiO2 (2016)
  • 著者名/発表者名: G.Hashiguchi, D.Nakasone, T.Sugiyama, M.Ataka, and H.Toshiyoshi
  • 雑誌名: AIP advances 巻: 6 号: 3 ページ: 035004-035004
  • DOI: 10.1063/1.4943528
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] カリウムイオンエレクトレットを用いた新しいMEMS技術の展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋口 原
  • 雑誌名: 化学工業 巻: 67 ページ: 20-25
  • NAID: 130007715753
• [雑誌論文] 高電荷密度エレクトレットの形成とデバイス応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋口 原
  • 雑誌名: 電気学会誌 巻: 136 ページ: 159-162
• [学会発表] センサ・マイクロマシン技術の最近の動向と鉄道応用の可能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋口原
  • 学会等名: 平成29年電気学会全国大会シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス(富山県富山市）
  • 年月日: 2017-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] Electrostatic vibrational energy harvester with ionic liquid and potassium-ion-electret (2016)
  • 著者名/発表者名: 1.C Sano, H Mitsuya, K Ishibashi, S Ono, K Miwa, M Ataka, G Hashiguchi, H Toshiyoshi, H Fujita
  • 学会等名: The 16th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications
  • 発表場所: Paris,France
  • 年月日: 2016-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] 1mW output electrostatic vibratory power generator allowed by optimization of the proof mass (2016)
  • 著者名/発表者名: 2.H Koga, H Mitsuya, T Sugiyama, H Toshiyoshi, G Hashiguchi
  • 学会等名: The 16th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications
  • 発表場所: Paris,France
  • 年月日: 2016-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] Frequency-Independent Vibrational Energy Harvester using Symmetrically Charged Comb-Drive Electrodes with Heavily Doped Ion Electrets (2016)
  • 著者名/発表者名: 3.H. Mitsuya, H. Ashizawa, K. Ishibashi, H. Homma, M. Ataka, G. Hashiguchi, H. Fujita, H. Toshiyoshi
  • 学会等名: The 16th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications
  • 発表場所: Paris,France
  • 年月日: 2016-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] カリウムイオンエレクトレットを用いた高効率なElectret-MEMS変圧器の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森山喬史、鈴木雅人、橋口 原
  • 学会等名: 平成28年 電気学会全国大会
  • 発表場所: 東北大学(宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] カリウムイオンエレクトレットの帯電機構と耐久性についての検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 下村典子、中曽根大稀、藤田康秀、石橋和徳、杉山達彦、橋口 原
  • 学会等名: 電気学会フィジカルセンサ研究会
  • 発表場所: 金沢工業大学(石川県野々市市）
  • 年月日: 2015-11-20
• [学会発表] カリウムイオンエレクトレットにおける帯電性能の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中曽根 大稀、橋口 原、杉山 達彦、石橋 和徳
  • 学会等名: 第 7 回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-10-28
• [学会発表] カリウムイオンエレクトレットを用いた低電圧双安定アクチュエータの提案と特性解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田康秀、杉山達彦、橋口 原
  • 学会等名: 2015年日本機械学会年次大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] カリウムイオンエレクトレットを用いた低電圧駆動双安定MEMSアクチュエータの提案 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田康秀、杉山達彦、橋口 原
  • 学会等名: 電気学会E部門総合研究会
  • 発表場所: 九州大学医学部百年講堂(福岡県福岡市）
  • 年月日: 2015-07-02
• [図書] アクチュエータの新材料、駆動制御、最新応用技術:第9章第4節、モデリング手法に基づく櫛歯アクチュエータの解析とエレクトレット化による低電圧駆動・新機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋口原
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: 技術情報協会
• [産業財産権] ＭＥＭＳ振動素子、ＭＥＭＳ振動素子の製造方法および振動発電素子 (2017)
  • 発明者名: 橋口原、古賀英明
  • 権利者名: 静岡大学、鷺宮製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-154475
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] ＭＥＭＳ振動素子の製造方法およびＭＥＭＳ振動素子 (2017)
  • 発明者名: 橋口原、古賀英明
  • 権利者名: 静岡大学、鷺宮製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-154474
  • 出願年月日: 2017