アルカリイオン混入シリコン酸化膜を用いた超小型振動発電素子の開発

• 研究課題/領域番号: 23560287
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: マイクロ・ナノデバイス / マイクロマシン / 環境技術 / 省エネルギー / エレクトレット / アルカリイオン / MEMS / 静電型アクチュエータ / 振動発電 / 静電トランス

研究概要

本研究は、アルカリイオンを酸化膜に混入する独自に開発したシリコンMEMSデバイス用エレクトレット膜に関するものである。まずエレクトレット膜の帯電を制御するための研究を行い、帯電電圧が制御できること、帯電の終了判定ができること、帯電電圧の測定が静電型アクチュエータを用いてできること、最大４００Vまで帯電できたことなどの成果を得た。また実際に振動発電素子を作製し、外部からの振動により発光ダイオードが点灯できることを示し、その発電量が0.85μWであったことを示した。さらに帯電膜の信頼性評価を行い、-1dB劣化寿命が室温で30000年以上あることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of neutral beam etching on mechanical properties of micro-cantilevers (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nishimori, Shinji Ueki, Kazuhiro Miwa, Tomohiro Kubota, Masakazu Sugiyama, Seiji Samukawa, and Gen Hashiguchi
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol. 巻: B31 号: 2 ページ: 22001-22001
  • DOI: 10.1116/1.4788829
  • 査読あり
• [雑誌論文] SiO2 Electret Generated by Potassium Ions on a Comb-Drive Actuator (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Sugiyama, M.Aoyama, Y.Shibata, M.Suzuki, T.Konno, M.Ataka, H.Fujita, G.Hashiguchi
  • 雑誌名: Appl. Phys.Express 巻: vol.4 ページ: 114103-114103
  • 査読あり
• [雑誌論文] SiO2 Electret Generated by Potassium Ions on a Comb-Drive Actuator (2011)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Sugiyama, Mitsuru Aoyama, Yasushi Shibata, Masato Suzuki, Takashi Konno, Manabu Ataka, Hiroyuki Fujita, and Gen Hashiguchi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 号: 11 ページ: 114103-114103
  • DOI: 10.1143/apex.4.114103
  • 査読あり
• [学会発表] ELECTRET-BASED LOW POWER RESONATOR FOR ROBUST PRESSURE SENSOR (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Mitsuya, H. Ashizawa, T. Sugiyama, H. Fujita, G.Hashiguchi
  • 学会等名: 27th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems(IEEE MEMS 2014 Conference)
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] VERY LOW POWER CONSUMPTION MEMS SCANNER WITH ALKALI ELECTRET COMB DRIVE (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sugiyama, M. Aoyama, K.Kawai, G.Hashiguchi
  • 学会等名: 27th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems(IEEE MEMS 2014 Conference)
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] VERY LOW POWER CONSUMPTION MEMS SCANNER WITH ALKALI ELECTRET COMB DRIVE (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sugiyama, M. Aoyama, K.Kawai, G.Hashiguchi
  • 学会等名: 27th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] ELECTRET-BASED LOW POWER RESONATOR FOR ROBUST PRESSURE SENSOR (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Mitsuya, H. Ashizawa, T. Sugiyama, H. Fujita, G.Hashiguchi
  • 学会等名: IEEE MEMS 2014 Conference
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] エレクトレットによる低消費電力双安定アクチュエータ (2014)
  • 著者名/発表者名: 芦澤久幸,三屋裕幸,石橋和徳,杉山達彦,橋口 原
  • 学会等名: IIP2014 日本機械学会情報・知能・精密機器部門講演会
  • 発表場所: 東洋大学白山キャンパス6号館(東京都)
• [学会発表] カリウムイオンエレクトレットの高帯電化と振動発電素子の効率に関する一考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 橋口 原,芝田 泰,杉山達彦
  • 学会等名: IIP2014 日本機械学会情報・知能・精密機器部門講演会
  • 発表場所: 東洋大学白山キャンパス6号館(東京都)
• [学会発表] アルカリイオンエレクトレットを用いた低消費電力MEMSスキャナーの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉山達彦,青山満,芝田泰,橋口 原
  • 学会等名: 平成26年電気学会全国大会
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス(愛媛県)
• [学会発表] ELECTROSTATIC MICRO TRANSFORMER USING POTASSIUM ION ELECTRET FORMING ON A COMB-DRIVE ACTUATOR (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Hayashi, M. Suzuki, T.Sugiyama, G.Hashiguchi
  • 学会等名: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers2013)
  • 発表場所: Barcelona. Spain
• [学会発表] 埋め込み型エレクトレットに於ける帯電過程のその場観察と高電圧帯電に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉山達彦,芝田 泰,橋口 原
  • 学会等名: 電気学会Ｅ部門総合研究会フィジカルセンサ研究会
  • 発表場所: 東京工科大学 蒲田キャンパス(東京都)
• [学会発表] リング型振動子側壁の高電荷密度エレクトレット化による圧力計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三屋裕幸,芦澤久幸,杉山達彦,安宅 学，久米村 百子，藤田 博之,橋口 原
  • 学会等名: 第30回センサ・マイクロマシンと応用シンポジウム
  • 発表場所: 仙台国際センター(宮城県)
• [学会発表] 振り子型エレクトレット発電素子の特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉井 健太郎、杉山 達彦、橋口 原
  • 学会等名: 機械学会 ＩＩＰ2013 情報・知能・精密機器部門（ＩＩＰ部門）講演会
  • 発表場所: 東洋大学白山校舎（東京都）
• [学会発表] ELECTROSTATIC MICRO TRANSFORMER USING POTASSIUM ION ELECTRET (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashi, M. Suzuki, A. Mori, T. Sugiyama and G. Hashiguchi
  • 学会等名: The 17th Internatinal Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems
  • 発表場所: Centro de Convenciones Internacional de Barcelona (Barcelona. Spain)
• [学会発表] ELECTRO STATIC MICRO POWER GENERATOR USING POTASSIUM ION ELECTRET FORMING ON A COMB-DRIVE ACTUATOR (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Suzuki, H. Hayashi, A. Mori, T. Sugiyama, and G. Hashiguchi
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications
  • 発表場所: Atlanta, Georgia, USA
• [学会発表] Molecular Tweezers with Optical Fiber Function (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Yoshii, Gen Hashiguchi, Momoko Kememura, and Hiroyuki Fujita
  • 学会等名: OPTICAL MEMS & NANOPHOTONICS CONFERENCE, Banff
  • 発表場所: Alberta, Canada
• [学会発表] Characterization of an electret comb-drive actuator as an energy harvesting device (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Yoshii, Tatsuhiko Sugiyama, Masato Suzuki, Hiroki Hayashi, Takashi Konno, Yasushi Shibata, Mitsuru Aoyama, and Gen Hashiguchi
  • 学会等名: 2012 Joint International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment
  • 発表場所: Santa Clara, California, USA
• [学会発表] EVALUATION OF THE RESONANCE FREQUENCY SHIFT OF VB-FET CAUSED BY JOULE HEATING AT THE CHANNEL (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Ueki, Yuki Nishimori, Hiroshi Imamoto, Masakazu Sugiyama, and Gen Hashiguchi
  • 学会等名: 2012 Joint International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment
  • 発表場所: Santa Clara, California, USA
• [学会発表] A NEW EXPERIMENTAL APPROACH TO EVALUATE PLASMA-INDUCED DAMAGE IN MICROCANTILEVER (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nishimori, Shinji Ueki, Masakazu Sugiyama, Seiji Samukawa, and Gen Hashiguchi
  • 学会等名: 2012 Joint International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment
  • 発表場所: Santa Clara, California, USA
• [学会発表] 環境発電素子を目指したアルカリレット膜の高電圧化に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉井 健太郎，杉山 達彦，鈴木 雅人，林 宏樹，今野 隆，芝田 泰，青山 満，橋口 原
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2012in浜松
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県）
• [学会発表] アルカリイオン含有酸化膜エレクトレットを形成した櫛歯振動子の発電特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉井 健太郎，杉山 達彦，鈴木 雅人，林 宏樹，今野 隆，芝田 泰，青山 満，橋口 原
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県）
• [学会発表] 半導体としての静電型MEMSと新機能デバイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 橋口 原
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県）
  • 招待講演
• [学会発表] アルカリ含有酸化膜エレクトレットを用いたカンチレバー方式による振動発電素子に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉山 達彦，青山 満，鈴木 雅人，芝田 泰，橋口 原
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県）
• [学会発表] K イオン含有SiO2 エレクトレット膜を形成した静電櫛歯を用いた振動発電 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 雅人，林 宏樹，森 昭登，杉山 達彦，橋口 原
  • 学会等名: 日本機械学会マイクロ・ナノ工学部門主催第4 回「マイクロ・ナノ工学シンポジウム」
  • 発表場所: 北九州国際会議場 および西日本総合展示場（福岡県）
• [学会発表] Characterization of an electret comb-drive actuator as an energy harvesting device (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Yoshii, Tatsuhiko Sugiyama, Masato Suzuki, Hiroki Hayashi, Takashi Konno, Yasushi Shibata, Mitsuru Aoyama, and Gen Hashiguchi
  • 学会等名: 2012 Joint International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment
  • 発表場所: Santa Clara University (Santa Clara, California, USA)
• [学会発表] A NEW EXPERIMENTAL APPROACH TO EVALUATE PLASMA-INDUCED DAMAGE IN MICROCANTILEVER (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nishimori, Shinji Ueki, Masakazu Sugiyama, Seiji Samukawa, and Gen Hashiguchi
  • 学会等名: 2012 Joint International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment
  • 発表場所: Santa Clara University (Santa Clara, California, USA)
• [学会発表] ELECTRO STATIC MICRO POWER GENERATOR USING POTASSIUM ION ELECTRET FORMING ON A COMB-DRIVE ACTUATOR (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Suzuki, H. Hayashi, A. Mori, T. Sugiyama, and G. Hashiguchi
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications
  • 発表場所: Georgia Tech Hotel and Conference Center (Atlanta, Georgia, USA)
• [学会発表] SIO2 ELECTRET INDUCED BY POTASSIUM IONS ON A COMB-DRIVE ACTUATOR (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sugiyama, M. Aoyama, Y. Shibata, M. Suzuki, T. Konno, M. Ataka, H. Fujita, and G. Hashiguchi
  • 学会等名: MEMS2012
  • 発表場所: Paris Marriott Rive Gauche Hotel and Conference Center, Paris, France
• [学会発表] 櫛歯振動子への酸化膜エレクトレット形成に関する検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 杉山達彦、青山満、鈴木雅人、橋口 原
  • 学会等名: 電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台( 神奈川県横浜市緑区長津田町 4259)
• [学会発表] 櫛歯振動子への酸化膜エレクトレット形成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 杉山達彦、青山満、橋口 原
  • 学会等名: 機械学会年次大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山( 東京都目黒区大岡山2-12-1)
• [学会発表] 櫛歯型エレクトレット素素子の大きな周波数減少 (2011)
  • 著者名/発表者名: 杉山達彦、青山満、鈴木雅人、柴田秦、橋口 原
  • 学会等名: 第28回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • 発表場所: 東京・タワーホール船堀
• [学会発表] アルカリエレクトレットを用いた高効率、低消費電力デバイス開発とその展開
  • 著者名/発表者名: 橋口原
  • 学会等名: 第25回マイクロナノ先端技術交流会「材料・工法が切り開く技術レイヤ縦断型MEMSの研究」
  • 発表場所: 一般財団法人 マイクロマシンセンター・新テクノサロン(東京都)
  • 招待講演
• [産業財産権] 静電アクチュエータ及び電位差検出装置 (2014)
  • 発明者名: 橋口 原、杉山達彦
  • 権利者名: 国立大学法人静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-088379
  • 出願年月日: 2014-04-22
  • 外国
• [産業財産権] 静電アクチュエータ及び電位差検出装置 (2014)
  • 発明者名: 橋口 原、杉山達彦
  • 権利者名: 国立大学法人静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-088379
  • 出願年月日: 2014-04-22
• [産業財産権] アクチュエータ、シャッタ装置、流体制御装置、スイッチおよび2次元走 査型センサ装置 (2013)
  • 発明者名: 橋口 原・鈴木雅人・森 昭登・ 杉山達彦・今本浩史・大場正利・三屋 裕幸・芦澤久幸・石橋和徳
  • 権利者名: 国立大学法人静岡大学・アオイ電子株式会社・オムロン株式会社・株式会社鷺宮製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-165166
  • 出願年月日: 2013-08-08
  • 外国
• [産業財産権] アクチュエータ、シャッタ装置、流体制御装置、スイッチおよび２次元走査型センサ装置 (2013)
  • 発明者名: 橋口 原他
  • 権利者名: 国立大学法人静岡大学他
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-165166
  • 出願年月日: 2013-08-08
• [産業財産権] 静電型変換装置及びDC-DCコンバーター (2012)
  • 発明者名: 鈴木雅人、林宏樹、橋口原、杉山達彦
  • 権利者名: アオイ電子株式会社、静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-08-31
  • 外国
• [産業財産権] 静電型変換装置及びDC-DCコンバーター (2012)
  • 発明者名: 橋口 原、杉山達彦、鈴木雅人、林 宏樹
  • 権利者名: 静岡大学、アオイ電子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-09-07