[01042537]利用共晶键合与减薄技术制备压电能量采集器

　　项目简介：
　　微机械加工、微电子以及无线传感等技术发展迅速，使得射频识别系统、嵌入式系统、无线 传感器以及它们形成的无线传感网络广泛地应用于日常生活中。这类微器件的功耗越来越低，能 够低至微瓦量级。但要求相应的供电部件体积小、集成度高、寿命长甚至无人看管、无需更换等。 传统的化学电池供电方式由于存在体积和质量较大、供能时间有限等缺点，已经无法满足这些微 器件的供能要求。借助于能量采集技术将自然界广泛存在的各种振动能量转换为电能，从而为微 电子器件持久供电是一种有效的解决方案。基于 MEMS 技术制备的能量采集器能够与各种微器件 集成加工在一起，可以实现微器件的集成化和自供能。
　　技术成熟度：
　　测试表明，器件在 1 g 振源加速度下，谐振频率为 514。1 Hz，频宽达 24。8 Hz；最大开路电压 为 5。04 VP-P ，最优负载为 70 k，且在最优匹配阻抗下，负载电压达 2。72VP-P ，电流 12。06 μA，输 出功率 11。56 μW，功率密度约 28856。7 μW/cm3 ；器件经升压整流电路对电容充电， 电容两端可获 得的最大电压为 4。52 V，而当充电电容两端瞬时电压约为器件开路输出电压时，充电瞬时功率获 得最大值 11。1 μW。
　　技术创新点：
　　（1）基于 MEMS 技术制备能量采集器的方法，良品率高，且能量转化率高。
　　（2）采用金薄膜为中间层的 PZT 与硅的共晶键合技术， PZT 物理减薄技术等加工方法来实现理 想厚度（PZT 厚度在 5 um-50 um 之间） 的 PZT-Si 的悬臂梁结构， 共晶键合技术键合 PZT-Si 界面 的键合强度高，减薄后的 PZT 的厚度均匀性好。
　　（3） 通过在压电悬臂梁末端添加金属镍质量块， 降低压电悬臂梁的固有频率， 使能量采集器工作 在低频振动（ 1000 Hz 以下）的环境中；通过调节悬臂梁与末端质量块的尺寸，增大能量采集器 的工作频宽，使其更具有实际应用价值。
　　市场前景：
　　解决高新技术元件的供电难问题，将工作环境中的振动能转换为电能，实现自供能，具有体 积小、集成度高、寿命长甚至无需更换、无需人员看管等特点。在环境监测、交通管理、灾害预 测、医疗卫生和国防军事等领域均展现出巨大的应用前景。

　 　图 1 压电式能量采集器悬臂梁结构的原理图

　　 图 2 基于 PZT 材料的硅矩形结构器件样机阵列照片

　 　图 3 具有宽频功能的能量采集器样机照片