[发明专利]基于激光切割工艺和深硅刻蚀工艺的低频能量采集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源技术领域的器件，更具体的说，涉及一种基于压电材料的微型 能量采集器。

背景技术

近年来，随着微小型器件及传感器的研究的迅速发展，微型能量采集器作为一种新 型自采集微能源器件，能够将周围环境中的能量通过磁-电、机械-电等转换方式转换为 电能，提供给工作的微小型器件，在新能源领域中受到广泛关注和研究。

目前，采用传统工艺制备的压电能量采集器，分为薄膜压电型和厚膜压电型两种。 其中，薄膜压电能量采集器的压电层是通过溶胶-凝胶、沉积等方法制备而成，其厚度 在几微米到几十微米不等，便于实现微型化，但压电性能不如厚膜型。而厚膜压电能量 采集器的压电层的制备工艺比较成熟，其厚度在几百微米以上，且压电性能较为优异， 但是极难实现体积较小且频率较低的应用环境，且不易于实现MEMS技术加工集成。

对现有技术文献的检索发现，XinxinLi等人等在《Smartmaterialsand structures》(2011)撰文“Bi-stablefrequencyup-conversionpiezoelectricenergy harvesterdrivenbynon-contactmagneticrepulsion”(“非接触式磁斥力双稳频 压电能量采集器”《智能材料与结构期刊》)。该文设计并制备出了在10Hz频率下具有 稳定输出8.4μW/cm³的压电能量采集器。WaliedMoussa等人在《SensorsandActuators A：Physical》撰文“Lowfrequencypiezoelectricenergyharvestingatmulti vibrationmodeshapes”(“多振动模型下的低频压电能量采集器”《传感器和执行器A： 物理》)。该文设计并制备了共振频率为71,84,188Hz三个模态下的能量采集器，同时 对其输出性能进行了分析和比较。

发明内容

本发明提出一种基于激光切割工艺和深硅刻蚀工艺的低频能量采集器，通过压电效 应产生的电压供能给外加电压源，在低频段的能源应用领域中提供了一种微小能量采集 器的设计方案。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于激光切割工艺和深硅刻蚀工艺的低频能量采集器，所述能量采集器为折梁 结构，其从最底层起，依次包括：衬底层、绝缘层、压电层和上电极层，所述绝缘层、 压电层和上电极层之间键合，使用激光切割工艺，对所述衬底层、绝缘层、压电层和上 电极层进行图形化，实现器件的低共振频率要求，使用深硅刻蚀工艺，对衬底层进行减 薄，同时保留中心处的衬底厚度作为质量块。

所述衬底层包括硅衬底，玻璃衬底或SOI衬底。

所述绝缘层包括二氧化硅、氮化硅。

所述压电层采用包括PZT或BCT-BZT具有压电性能，能够产生压电效应的材料。

所述上电极层为导电薄层。

所述能量采集器为d₃₃压电能量采集器。

本发明采用基于激光切割工艺和深硅刻蚀工艺的低频能量采集器，在外界能量源的 激励下，压电层内部产生应力和应变的变化，从而电极上产生输出电流和电压。本发明 采用微细加工的方法进行制作，易于批量生产和微型化，同时将和CMOS电路进行集成， 完成系统化功能器件。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图2沿A-A的剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。