基于MEMS的振動(dòng)能量采集及其器件設(shè)計(jì).pdf

1、隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了從短距離到長(zhǎng)距離，從有線通訊到無(wú)線通訊的轉(zhuǎn)變，然而電池與電源線束縛了發(fā)展的空間。采用能量采集器收集工作周圍環(huán)境的各種形式的能量，例如太陽(yáng)能，熱能，風(fēng)能和振動(dòng)能等，轉(zhuǎn)換成適宜的電能供器件使用。能量采集器可以無(wú)限長(zhǎng)的為器件提供能量進(jìn)行正常的工作，而無(wú)需更換電池或需要牽引電源線，這為一些無(wú)法或者困難更換的電池的傳感器設(shè)備提供長(zhǎng)久正常的工作，例如在橋梁，大樓，汽車中使用的傳感器等，且為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的正常傳輸

2、提供了能源基礎(chǔ)。本文利用普遍存在于自然界與工業(yè)界中的振動(dòng)能設(shè)計(jì)了振動(dòng)能量采集器。微能量收集器有廣泛的應(yīng)用前景，其中電容式微能量收集器由于其最容易與IC工藝集成而備受關(guān)注。但目前已知的傳統(tǒng)電容式微能量收集器都需要外加電壓，這一缺點(diǎn)很大程度上限制了電容式微能量收集器的實(shí)際使用。本文所提出的這種采用功函數(shù)原理電容式微能量收集器，由于上下極板采用了不同的金屬材料使得具有不同的功函數(shù)，因此通過(guò)將兩極板無(wú)限接近能產(chǎn)生接觸電勢(shì)差，從而克服了傳統(tǒng)電容式

3、微能量收集器需要外界提供電源的這一缺點(diǎn)。在此理論基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)新型振動(dòng)能量搜集器，并通過(guò)有限元軟件對(duì)其進(jìn)行分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，本文給出了一套完整的MEMS(MicroElectroMechanicalSystem)工藝流程，器件為玻璃-SOI(Silicon-On-Insulator)-玻璃三層結(jié)構(gòu)組合，采用陽(yáng)極鍵合的方式，形成三明治結(jié)構(gòu)。質(zhì)量塊，懸臂梁及可動(dòng)電極Al結(jié)構(gòu)部分在SOI晶片上構(gòu)造，上層玻璃結(jié)構(gòu)為不可動(dòng)電極Pt與防止兩