JP2016511628A - 対称二重圧電スタック微小電気機械圧電カンチレバーエネルギー回収器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、第1の端部と第2の端部との間に延在する細長共振器ビームを備える、エネルギー回収器デバイスに関する。基部は、第1の端部で共振器ビームに接続され、第2の端部はカンチレバーとして基部から自由に延在している。塊体は、細長共振器ビームの第2の端部に取り付けられている。
Description
本出願は、2013年3月13日出願の米国仮特許出願第61/780,176号に対する利益を主張するものであり、この出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
発明の分野
本発明は、対称二重圧電スタック微小電気機械圧電カンチレバーエネルギー回収器に関する。
本発明は、対称二重圧電スタック微小電気機械圧電カンチレバーエネルギー回収器に関する。
発明の背景
集積回路のサイズおよび電力消費の両方の削減は、低電力センサーおよび無線技術の急増をもたらした。例えば、タブレット、スマートフォン、携帯電話、ラップトップコンピュータ、MP3プレーヤー、電話ヘッドセット、ヘッドフォン、ルータ、ゲームコントローラ、モバイルインターネットアダプタ、無線センサー、タイヤ圧センサーモニタ、タブレット、PC、および/またはスマートフォンと通信するウェアラブルセンサー、家畜を監視するためのデバイス、医療デバイス、人体監視デバイス、玩具等を含む、低電力センサー、電子機器、および無線送信機を別個に、または組み合わせて使用した多種多様なデバイスが存在する。これらのデバイスはそれぞれ、動作するために独立電源を必要とする。典型的には、これらのデバイス用の電源は電池であり、多くの場合交換式電池である。
集積回路のサイズおよび電力消費の両方の削減は、低電力センサーおよび無線技術の急増をもたらした。例えば、タブレット、スマートフォン、携帯電話、ラップトップコンピュータ、MP3プレーヤー、電話ヘッドセット、ヘッドフォン、ルータ、ゲームコントローラ、モバイルインターネットアダプタ、無線センサー、タイヤ圧センサーモニタ、タブレット、PC、および/またはスマートフォンと通信するウェアラブルセンサー、家畜を監視するためのデバイス、医療デバイス、人体監視デバイス、玩具等を含む、低電力センサー、電子機器、および無線送信機を別個に、または組み合わせて使用した多種多様なデバイスが存在する。これらのデバイスはそれぞれ、動作するために独立電源を必要とする。典型的には、これらのデバイス用の電源は電池であり、多くの場合交換式電池である。
高い関心の対象となる他の無線技術は、無線センサーおよび無線センサーネットワークである。そのようなネットワークにおいて、無線センサーは、特定の環境全体に分布し、測定データを中央ハブに伝えるアドホックネットワークを形成する。具体的な環境は、例えば、自動車、飛行機、工場、または建物を含む。無線センサーネットワークは、ある距離にわたりマルチホップ伝送を使用して動作する数千から数万の無線センサー「ノード」を含み得る。各無線ノードは、一般に、センサー、無線電子機器、および電源を含む。これらの無線センサーネットワークは、環境条件に応じて知的環境を形成するために使用され得る。
上述の他の無線デバイス等の無線センサーノードは、そのノードの電子機器を作動させるために独立電源を必要とする。リチウムイオン電池、亜鉛空気電池、リチウム電池、アルカリ電池、ニッケル水素電池、およびニッケルカドミウム電池等の従来の電池が使用され得る。しかしながら、無線センサーノードに関しては、そのような電池の典型的な寿命よりも長く機能することが有利であり得る。さらに、電池交換は、特に多くのノードを有するより大きなネットワークにおいては負担が大きくなり得る。
代替の独立電源は、周囲環境からエネルギーを捕集(または「回収」)することに依存する。例えば、電力駆動デバイスが十分な光に曝露される場合、好適な代替の独立電源は、光電池または太陽電池を含み得る。代替として、電力駆動デバイスが十分な空気の運動に曝露される場合、好適な代替の独立電源は、動く空気から電力を回収するためのタービンまたはマイクロタービンを含み得る。また、他の代替の独立電源は、温度変動、圧力変動、または他の環境の影響に基づくことができる。
いくつかの環境は、特定のデバイスに電力供給するのに十分な光の量、空気の運動、温度変動、および/または圧力変動を含まない。そのような環境下であっても、デバイスは、例えば、一定周波数の振動、または多数の周波数を含む衝撃振動の形態となり得る、構造支持体から発生する極めて予測可能および/または一定の振動に供され得る。そのような場合、運動(例えば振動エネルギー)を電気エネルギーに本質的に変換する捕集器(または回収器)が使用され得る。
1つの特定の種類の振動エネルギー回収器は、周囲の振動(駆動力)により引き起こされるビームの共振の間変形されると電荷を生成する圧電材料を組み込んだ共振ビームを利用する。
シリコンカンチレバーを有する微小電気機械(「MEMS」)圧電エネルギー回収器は、典型的には、少なくとも、酸化物/カンチレバー材料/圧電スタック/酸化物(酸化物は、典型的には堆積二酸化ケイ素である)からなる断面を有する。カンチレバーに使用されるシリコン材料は、典型的には、シリコン・オン・インシュレータ(「SOI」)ウェハの単結晶シリコンデバイス層から形成される。エネルギー回収器から出力される電力を増加させるために、しばしば、二重圧電スタックを形成するように第2の圧電スタックがデバイス構造内に設置される。追加的な圧電スタックが、第1の圧電スタックと同じカンチレバーの面上に(または第1の圧電スタックの上に)、少なくとも酸化物/カンチレバー材料/圧電スタック/酸化物/圧電スタック/酸化物の形式で設置される。SOIウェハの製造に使用されるプロセス中、高温での2つのシリコンウェハの直接的結合に続く研削および研磨ステップによって、圧電スタックをデバイスとハンドルウェハとの間に設置することが極めて困難となるため、このようにして追加的圧電スタックが設置される。
第1の圧電スタックと同じカンチレバーの面上への追加的圧電スタックの設置により、圧電スタックに対する断面の対称性の欠落が生じ、これにより、カンチレバーの平坦性を設計するために圧電スタック残留応力が調整されることが必要となる。層における残留応力への対応不足による、カンチレバーの巻きおよび平坦性の欠落は、MEMSエネルギー回収器の性能に影響し得る。また、圧電スタックの残留応力の調整は、その固有の圧電特性、ひいてはデバイス性能に影響し得る。したがって、カンチレバー平坦性および高品質圧電応答に必要な応力において妥協がなされなければならない。
本発明は、当該技術分野におけるこれらの、および他の欠陥を克服することを目的とする。
本発明の一態様は、第1の端部と第2の端部との間に延在する細長共振器ビームを備える、エネルギー回収器デバイスに関する。基部は、第1の端部で共振器ビームに接続され、第2の端部はカンチレバーとして基部から自由に延在している。塊体は、細長共振器ビームの第2の端部に取り付けられている。細長共振器ビームは、(1)第3の酸化物層上の第2の圧電スタック層の上の第2の酸化物層上のカンチレバー層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層、または(2)第4の酸化物層の上の第2の圧電スタック上の第3の酸化物層の上のカンチレバー層上の第2の酸化物層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層のいずれかを備える。
本発明の別の態様は、電動装置と、電動装置に結合された本発明のエネルギー回収器デバイスとを備えるシステムに関する。
本発明のさらなる態様は、電動装置に電力供給する方法に関する。この方法は、本発明によるシステムを提供することと、第1および/または第2の圧電スタック層から電気エネルギーを生成するために、システムを運動または振動に供することとを含む。電気エネルギーは、第1および/または第2の圧電スタック層から装置に伝達され、装置に電力を提供する。
本発明の別の態様は、エネルギー回収器デバイスを製造する方法に関する。この方法は、第1および第2の表面を有するシリコンウェハを提供することを含む。シリコンウェハの第1の表面上に、第1の二酸化ケイ素層を堆積させる。第1の二酸化ケイ素層上に第1の圧電スタック層を堆積させ、パターニングする。パターニングされた第1の圧電スタック層の上に、第2の二酸化ケイ素層を堆積させる。堆積した第2の二酸化ケイ素層の上にカンチレバー材料を堆積させ、パターニングする。パターニングされたカンチレバー材料の上に第2の圧電スタック層を堆積させ、第2の圧電スタック層をパターニングする。シリコンウェハの第2の側面がエッチングされ、エネルギー回収デバイスが製造される。
本発明のエネルギー回収器デバイスは、カンチレバー用の金属、シリコン、または他のCMOS適合材料の厚い堆積層、およびカンチレバー層のいずれかの表面上の1つの圧電スタックを使用して製造された、対称断面を有する二重圧電スタックエネルギー回収器を提供する。この構造は、回収器からの増加した電力を提供し、より良好なデバイス性能およびより堅牢な製造プロセスをもたらす、カンチレバーの平坦性とはほぼ独立した圧電層応力(したがって圧電特性)の制御の利点を有する。圧電エネルギー回収器の電力出力は、カンチレバー平坦性に対するより良好な制御、および結果としてより良好な全体的性能を伴って増加され得る。
発明の詳細な説明
本発明は、対称二重圧電スタックMEMS圧電カンチレバーエネルギー回収器デバイス、エネルギー回収器デバイスを備えるシステム、ならびにエネルギー回収器デバイスを使用および作製する方法に関する。
本発明は、対称二重圧電スタックMEMS圧電カンチレバーエネルギー回収器デバイス、エネルギー回収器デバイスを備えるシステム、ならびにエネルギー回収器デバイスを使用および作製する方法に関する。
本発明の一態様は、第1の端部と第2の端部との間に延在する細長共振器ビームを備える、エネルギー回収器デバイスに関する。基部は、第1の端部で共振器ビームに接続され、第2の端部はカンチレバーとして基部から自由に延在している。塊体は、細長共振器ビームの第2の端部に取り付けられている。細長共振器ビームは、(1)第3の酸化物層上の第2の圧電スタック層の上の第2の酸化物層上のカンチレバー層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層、または(2)第4の酸化物層の上の第2の圧電スタック上の第3の酸化物層の上のカンチレバー層上の第2の酸化物層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層のいずれかを備える。
図1は、本発明のエネルギー回収器デバイス10の第1の実施形態の側面図である。エネルギー回収器デバイス10は、細長共振器ビーム12を含む。共振器ビーム12は、第1の端部14と第2の端部16との間に延在する。基部18は、第1の端部14で共振器ビーム12に接続され、第2の端部16はカンチレバーとして基部18から自由に延在している。エネルギー回収器デバイス10はまた、共振器ビーム12の第2の端部16に取り付けられた塊体20を含む。
共振器ビーム12は、複数の層により形成されたラミネートを備える。一実施形態によれば、共振器ビーム12は、少なくとも、第3の酸化物層32上の第2の圧電スタック層30の上の第2の酸化物層28上のカンチレバー層26の上の第1の圧電スタック層24上の第1の酸化物層22を含む。他の層の限定されない例は、図4〜17に示されるような、本発明のエネルギー回収器デバイスを形成する方法に関して後述されるものを含む。
第1の酸化物層22は、一実施形態によれば、約1μmの厚さを有するシリコン層である。別の実施形態によれば、第1の酸化物層は、任意選択であり、その存在は、磨耗に対する堅牢性を構造に提供する。第2の酸化物層28は、一実施形態によれば、約1μmの厚さを有する高温酸化物層である。この層は、第2の圧電スタック層30の電気的遮蔽を提供する。第3の酸化物層32は、熱酸化物層である。一実施形態において、第3の二酸化物層32は、約0.25μmから約2μmの厚さを有する。
カンチレバー材料層26は、シリコン、ポリSi、金属(例えば、CuもしくはNi)、または他の金属酸化物半導体(CMOS)適合性材料、あるいはポリイミド等の高温ポリマー等の任意の好適な材料であってもよい。一実施形態において、カンチレバー材料26は、約10μmから約200μm、約10μmから約75μm、または約10μmから約50μmの厚さの範囲を有する。
共振器ビーム12の第1および第2の圧電スタック24および30は、圧電材料を含む。好適な圧電材料は、限定されることなく、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、PVDF、およびチタン酸ジルコン酸鉛系化合物を含む。圧電材料は、機械的歪みに供された場合に電気的に分極する材料である。分極の程度は、印加される歪みに比例する。圧電材料は、広く知られており、単結晶(例えば、石英)、圧電セラミック(例えば、チタン酸ジルコン酸鉛またはPZT)、薄膜(例えば、スパッタ酸化亜鉛)、圧電セラミック粉末に基づくスクリーン印刷可能な厚膜(例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Baudry,"Screen−printing Piezoelectric Devices,"Proc.6th European Microelectronics Conference(London,UK)pp.456−63(1987)およびWhite&Turner,"Thick−film Sensors:Past,Present and Future,"Meas.Sci.Technol.8:1−20(1997)を参照されたい)、およびポリフッ化ビニリデン(「PVDF」)(例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Lovinger,"Ferroelectric Polymers,"Science 220:1115−21(1983)を参照されたい)等のポリマー材料を含む、多くの形態で利用可能である。
圧電材料は、典型的には、異方性特性を示す。したがって、材料の特性は、力の方向ならびに分極および電極の配向に依存して異なる。材料の圧電活性のレベルは、表記の軸と併せて使用される一連の定数により定義される。圧電歪み定数dは、以下のように定義され得る:
(Beeby et al.,"Energy Harvesting Vibration Sources for Microsystems Applications,"Meas.Sci.Technol.17:R175−R195(2006)、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。
(Beeby et al.,"Energy Harvesting Vibration Sources for Microsystems Applications,"Meas.Sci.Technol.17:R175−R195(2006)、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。
共振器ビーム12の第1および第2の圧電スタック24および30はまた、第1および/または第2の圧電スタック層24および30と電気的に接触する1つ以上の電極34を含む。一実施形態によれば、電極34は、モリブデンおよび白金からなる群から選択される材料を含むが、電極構造を形成するのに好適な他の材料もまた使用され得る。加えて、エネルギー回収器デバイス10は、共振器ビーム12の圧電材料から電気エネルギーを回収するために、1つ以上の電極34と電気的に接続された電気回収回路をさらに含んでもよい。以下でさらに詳細に説明されるように、電気回収回路は、圧電材料から生成され供給された電力を装置に提供するために、電動装置に電気的に結合され得る。
本発明のエネルギー回収器デバイスにおいて、共振器ビーム12は、カンチレバーとして基部18から自由に延在している第2の端部16を有する。圧電材料を含むカンチレバー構造は、屈曲モードで動作し、それにより圧電材料を変形させてd効果から電荷を生成するように設計される(Beeby et al.,"Energy Harvesting Vibration Sources for Microsystems Applications,"Meas.Sci.Technol.17:R175−R195(2006)、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。カンチレバーは、共振器ビーム12の第2の端部16で取り付けられた塊体20の存在により低減された、低い共振周波数を提供する。
動作中の本発明のエネルギー回収器デバイス10の共振器ビーム12の共振周波数は、約50Hzから約4,000Hz、約100Hzから約3,000Hz、約100Hzから約2,000Hz、または約100Hzから約1,000Hzの周波数を含み得る。
共振器ビーム12は、共振器ビーム12の調整を補助し、構造的支持を提供するために、様々な形状および構成をとる側壁を有してもよい。一実施形態によれば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第61/780,203号に記載のように、共振器ビーム12は、共振器ビーム12の面内で連続的に湾曲した側壁を有する。
本発明のエネルギー回収器デバイス10は、共振器ビーム12の第2の端部16で塊体20を含む。塊体20は、共振器ビーム12の周波数を低下させ、また共振器ビーム12の電力出力(すなわち、圧電材料により生成される)を増加させるために提供される。塊体20は、単一材料または複数の材料(例えば、材料の層)で構築されてもよい。一実施形態によれば、塊体20は、シリコンウェハ材料で形成される。他の好適な材料は、限定されることなく、電気めっきまたは熱蒸着により付着させた銅、金、およびニッケルを含む。
一実施形態において、共振器ビーム12当たり単一の塊体20が提供される。しかしながら、2つ以上の塊体20が共振器ビーム12に取り付けられてもよい。他の実施形態において、塊体20は、例えば、共振器ビーム12に沿った異なる場所に提供される。
当業者に容易に理解されるように、共振器ビーム12は、共振器ビーム12の断面形状、共振器ビーム12の断面寸法、共振器ビーム12の長さ、塊体20の質量、共振器ビーム12上の塊体20の位置、および共振器ビーム12を作製するのに使用される材料等の複数のパラメータの任意の1つ以上を変化させることにより調整され得る。
動作中、1つ以上の電極34は、共振器ビーム12が運動に供された際に、共振器ビーム12の圧電材料から電荷を回収する。したがって、電極34は、共振器ビーム12の圧電材料と電気的に接続されている。
次いで、共振器ビーム12の圧電材料から収集された電気エネルギーは、同じく電極34またはその近くでエネルギー回収器デバイス10上に形成された電気回収回路に伝えられる。
図2は、本発明のエネルギー回収器デバイスの代替の実施形態を示す。具体的には、エネルギー回収器110は、細長共振器ビーム112を含む。共振器ビーム112は、第1の端部114と第2の端部116との間に延在する。基部118は、第1の端部114で共振器ビーム112に接続され、第2の端部116はカンチレバーとして基部118から自由に延在している。エネルギー回収器デバイス110はまた、共振器ビーム112の第2の端部116に取り付けられた塊体120を含む。エネルギー回収器110は、共振器ビーム112に関して後述されるものを除いて、図1に関して上述されたようなエネルギー回収器10と同じである。具体的には、エネルギー回収器110は、図2に関して後述されるような、材料の異なる層を含む共振器ビーム112を備える。
共振器ビーム112は、複数の層で形成されたラミネートを備える。一実施形態によれば、共振器ビーム112は、第4の酸化物層134の上の第2の圧電スタック132上の第3の酸化物層130の上のカンチレバー層128上の第2の酸化物層126の上の第1の圧電スタック124層上の第1の酸化物層122を含む。他の層の限定されない例は、図18〜33に示されるような、本発明のエネルギー回収器デバイスを形成する方法に関して後述されるものを含む。
共振器ビーム112の層は、図2に関して後述されるものを除いて、共振器ビーム12の層と実質的に同じである。具体的には、共振器ビーム112は、第1の圧電スタック層124とカンチレバー層128との間の追加の第2の酸化物層126を含む。第2の酸化物層126は、一実施形態によれば、約1μmの厚さを有する高温酸化物層である。この層は、第1の圧電スタック層124の電気的遮蔽を提供する。第3の酸化物層130および第4の酸化物層134は、それぞれ、図1に関して上述されたような第2の酸化物層28および第3の酸化物層32と同じである。
共振器ビーム112の第1および第2の圧電スタック124および132はまた、第1および/または第2の圧電スタック層124および132と電気的に接触する1つ以上の電極136を含む。一実施形態によれば、電極136は、モリブデンおよび白金からなる群から選択される材料を含むが、電極構造を形成するのに好適な他の材料もまた使用され得る。加えて、エネルギー回収器デバイス110は、共振器ビーム112の圧電材料から電気エネルギーを回収するために、1つ以上の電極136と電気的に接続された電気回収回路をさらに含んでもよい。
本発明の別の態様は、電動装置と、電動装置に電気的に結合された本発明のエネルギー回収器デバイスとを備えるシステムに関する。
ここで図3を参照すると、電動装置(スマートフォン)36が、(その外部筐体内に)エネルギー回収器デバイス10を含むように示されている。この実施形態によれば、エネルギー回収器デバイス10は、別の独立エネルギー源(例えば、電池)の代わりに、またはそれと併せて使用される独立エネルギー源をスマートフォン36に提供する。代替の実施形態において、電動装置は、例えば、タブレット、PC、および/またはスマートフォンと電気的に通信する腕時計型デバイスまたはネックレス等の、ウェアラブルデバイスである。
本発明のエネルギー回収器デバイスはまた、電動装置に関連した電池を充電することにより、電動装置に電力供給してもよい。例えば、エネルギー回収器デバイスは、電動装置に電力供給するバッターにトリクル充電を提供してもよい。
電動装置および本発明のエネルギー回収器デバイスを含む本発明の他のシステムは、限定されることなく、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、電子書籍リーダー、MP3プレーヤー、電話ヘッドセット、ヘッドフォン、ルータ、ゲームデバイス、ゲームコントローラ、モバイルインターネットアダプタ、カメラ、無線センサー、タブレット、PC、および/またはスマートフォンと通信するウェアラブルセンサー、無線センサーモート(工業、レール、建物、農業等を監視するネットワーク用)、タイヤ圧センサーモニタ、電子ディスプレイ(例えば、電動ツール上)、家畜監視用農業デバイス、医療デバイス、人体監視デバイス、ならびに玩具である。
本発明のエネルギー回収器は、図3のスマートフォン36に示されるのと実質的に同じ様式で、そのようなデバイスと接続され得る。
例えば、一実施形態によれば、本発明のシステムは、例えば、任意の1つ以上の様々な環境特性(温度、湿度、光、音、振動、風、運動等)を監視するためのセンサーを含む無線センサーである。本発明のエネルギー回収器デバイスは、センサーと結合され、センサーに電力を提供する。
一例によれば、本発明のシステムは、タイヤ圧を監視するためのセンサーを含むタイヤ圧監視システムである。本発明のエネルギー回収器デバイスは、センサーに結合されて電力を提供する。そのようなシステムは、例えば、自動車のホイールまたはタイヤ上に装着される小型デバイスとして形成され得る。
別の例によれば、本発明のシステムは、家庭用または商業用衣類乾燥機の電子制御部と通信する湿度センサーである。本発明のエネルギー回収器デバイスは、センサーに結合されて電力を提供する。そのようなシステムは、例えば、衣類乾燥機内の湿度レベルに基づいて衣類の乾燥度を監視するために衣類乾燥機の内側に装着される小型デバイスとして形成され得る。次いで、センサーは、衣類乾燥機の電子制御部と通信して、例えば、サイクルの終了を決定することができる。
本発明のさらなる態様は、電動装置に電力供給する方法に関する。この方法は、本発明のシステムを提供することと、圧電材料から電気エネルギーを生成するために、システムを運動または振動に供することと、装置に電力を提供するために、圧電材料からの電気エネルギーを装置に伝達することとを含む。
本発明の別の態様は、エネルギー回収デバイスを製造する方法に関する。この方法は、第1および第2の表面を有するシリコンウェハを提供することを含む。シリコンウェハの第1の表面上に、第1の二酸化ケイ素層を堆積させる。第1の二酸化ケイ素層上に第1の圧電スタック層を堆積させ、パターニングする。パターニングされた第1の圧電スタック層の上に、第2の二酸化ケイ素層を堆積させる。堆積した第2の二酸化ケイ素層の上にカンチレバー材料を堆積させ、パターニングする。パターニングされたカンチレバー材料の上に第2の圧電スタック層を堆積させ、第2の圧電スタック層をパターニングする。シリコンウェハの第2の側面がエッチングされ、エネルギー回収デバイスが製造される。
ここで、図4を参照すると、本発明のエネルギー回収器デバイスを製造する方法の第1の実施形態は、本明細書に記載のようなエネルギー回収器デバイスを形成するようにパターニングされる層状材料のスタックである、層状材料スタック50を形成することを含む。層状材料スタック50は、以下の層状材料を含む:シリコンウェハ52(第1の表面51および第2の表面53を有する)、第1の二酸化ケイ素層32、接着層54(任意選択である)、圧電スタック層30(第1の金属層56、圧電材料層58、および第2の金属層60を備える)。
図4に示されるように、本発明のエネルギー回収器デバイスを形成する方法の一実施形態は、第1の表面51および第2の表面53を有するシリコンウェハ52を提供することと、シリコンウェハ52の第1の表面51上に、第1の二酸化ケイ素層32(層の数字表示は、図1に示される本発明のエネルギー回収器の実施形態に関連することを理解されたい)を堆積させることと、第1の二酸化ケイ素層32上に任意選択の接着層54を堆積させることと、第1の二酸化ケイ素層32上に第1の圧電スタック層30を堆積させることにより、層状材料スタック50を形成することを含む。
シリコンウェハ52は、一実施形態によれば、単結晶両面研磨シリコンウェハである。一実施形態において、シリコンウェハ52は、約400μmから約1,000μm、約500μmから約900μm、約600μmから約800μm、または約700μmの厚さを有する。1つの具体例において、シリコンウェハ52は、約725μm(+/−15μm)の厚さ(すなわち、8インチウェハの標準厚さ)を有する両面研磨シリコンウェハである。代替として、シリコンウェハ52の代わりに、本発明の方法は、二酸化ケイ素の堆積層から開始して、その上に層状材料スタック50の後続の層が形成されてもよい。
第1の二酸化ケイ素層32は、一実施形態によれば、熱酸化物層である。一実施形態において、第1の二酸化ケイ素層32は、約0.25μmから約2μmの厚さを有する。シリコンウェハ52の第1の表面51への第1の二酸化ケイ素層32の堆積は、当該技術分野において知られている方法により行うことができる。例えば、二酸化ケイ素を熱成長させ、次いでシリコンウェハ上に堆積させてもよい。1つの具体例において、1μm(+/−0.05μm)の熱成長SiO2がシリコンウェハ52上に堆積して、二酸化ケイ素層32が形成される。
第1の圧電スタック層30が第1の二酸化ケイ素層32上に堆積して、金属/圧電材料/金属層が形成される。一実施形態によれば、圧電スタック層30は、厚さ約0.5μmから約6μm、または約2μmから約5μmの厚さを有する。第1の圧電スタック層30は、第1の金属層56、第2の金属層60、および圧電層58を含む。第1の金属層56および第2の金属層60は、電極として適切に機能する任意の好適な金属で形成され得る。一実施形態によれば、これらの層は、モリブデンまたは白金等の同じ材料で形成される。しかしながら、層の両方が同じ材料で形成される必要はない。圧電材料層58は、上述のような任意の好適な圧電材料で形成される。一実施形態によれば、この層は、窒化アルミニウム(AlN)から形成される。
第1の圧電スタック層30の堆積は、当該技術において標準的であるように、その下に薄い接着層54を用いて行うことができる。好適な接着層54は、約0.02μmから約0.05μmの層厚のチタン、AlN、Al:Cu、またはAl等の材料を含み得る。
本発明のエネルギー回収器デバイスを作製する方法の一実施形態は、図5〜17に示されるように進行する。
まず、図5に示されるように、圧電スタック層30がパターニングされる。特に、圧電材料層58および第2の金属層60の一部(例えば、部分62および64)が、スタック50から除去され、第1の金属層56が露出される。本発明の方法に従う第1の圧電スタック層30のパターニングは、金属層に対するリン酸、および水酸化テトラメチルアンモニウムを用いた湿式エッチングと組み合わせた、リソグラフィー技術を使用して達成され得る。層の湿式または乾式エッチングのための他の好適な化学物質もまた、当業者により一般的に使用され、本発明の方法の実行に使用され得る。
次に、図6に示されるように、一実施形態によれば、第1の圧電スタック層30のパターニングは、第1の金属層56の一部(例えば、部分66)を除去するためおよびそのさらなる部分を電極として露出したままとするために、第1の金属層56をパターニングすることを含む。電極のパターニングは、リン酸湿式エッチング、または塩素もしくはフッ素ガスを用いたプラズマ(乾式)エッチングを使用して実行され得る。接着層が存在する場合、接着層は、湿式エッチングに基づくアンモニア過酸化物により除去され得る(例えば、チタン接着層の場合)。
次に、図7に示されるように、パターニングされた第1の圧電スタック層30および第1の二酸化ケイ素層32の上に、第2の二酸化ケイ素層28を堆積させる。第2の二酸化ケイ素層28は、一実施形態によれば、高温酸化物層である。この層は、第1の圧電スタック層30の電気的遮蔽を提供する。一実施形態によれば、このステップは、パッシベーション層用のケイ素を堆積させるために、シラン(ケイ素源)のプラズマ化学気相成長法を使用して行われる。この層は、約1μmの厚さまで堆積し得る。
図8に示される次の方法ステップにおいて、堆積した第2の二酸化ケイ素層28の上にカンチレバー材料26を堆積させる。カンチレバー材料26は、シリコン、ポリSi、金属(例えば、CuもしくはNi)、または他の金属酸化物半導体(CMOS)適合性材料、あるいはポリイミド等の高温ポリマー等の任意の好適な材料であってもよい。一実施形態において、カンチレバー材料26を、約10μmから約200μm、約10μmから約75μm、または約10μmから約50μmの厚さの範囲で化学気相成長法により第2の二酸化ケイ素層28上に堆積させる。堆積後、例えば化学機械研磨により、カンチレバー材料26の表面を平滑化することが望ましくなり得る。
次に、カンチレバー材料26がパターニングされる。この方法ステップは、図9に示されている。一実施形態によれば、このパターニングは全て、乾燥プロセスにより行われてもよい。例えば、酸化物の場合フッ素CHF3/CF4ガスおよび反応性イオンエッチング、ポリSiの場合SF6/C4F8深掘り反応性イオンエッチングがある。Cu、Au、またはNi等の金属の場合、当該技術分野において周知の湿式エッチングプロセスを使用することができる。
図10は、カンチレバー層26の上に第2の圧電スタック層24を堆積させて、第2の金属/圧電材料/金属層を形成することを含む、次の方法ステップを示す。一実施形態によれば、第2の圧電スタック層24は、厚さ約0.5μmから約6μmまたは約2μmから約5μmの厚さを有する。一実施形態によれば、第2の圧電スタック層24は、任意選択の第1の金属層68、圧電材料層70、および第2の金属層72を含む。別の実施形態において、第2の圧電スタック層24は、パターニングされたカンチレバー材料26上にある圧電材料層70の上の第2の金属層72を含む。この構成において、カンチレバー材料26は、電極として有用である。
第1の金属層68(存在する場合)および第2の金属層72は、電極として適切に機能する任意の好適な金属で形成され得る。一実施形態によれば、これらの層は、モリブデンまたは白金等の同じ材料で形成される。しかしながら、層の両方が同じ材料で形成される必要はない。圧電材料層70は、上述のような任意の好適な圧電材料で形成される。一実施形態によれば、この層は、窒化アルミニウム(AlN)で形成される。
第2の圧電スタック層24の堆積は、当該技術において標準的であるように、その下に薄い接着層74を用いて行うことができる。好適な接着層74は、約0.02μmから約0.05μmの層厚のチタン、AlN、Al:Cu、またはAl等の材料を含み得る。
次に、図11に示されるように、第2の圧電スタック層24がパターニングされる。特に、圧電材料層70および第2の金属層72の一部(例えば、部分76および78)が、第2の圧電スタック層24から除去され、第1の金属層68(存在する場合)またはカンチレバー材料層26が露出される。
本発明の方法に従う第2の圧電スタック層24のパターニングは、金属層に対するリン酸、および水酸化テトラメチルアンモニウムを用いた湿式エッチングと組み合わせたリソグラフィー技術を使用して達成され得る。層の湿式または乾式エッチングのための他の好適な化学物質もまた、当業者により一般的に使用され、本発明の方法の実行に使用され得る。
一実施形態によれば、本発明の方法は、第2のパターニングされた圧電スタック層、パターニングされたカンチレバー材料、および第1のパターニングされた圧電スタック層に、パッシベーション層を付加することと、シリコンウェハの第2の側面をエッチングする前に、パッシベーション層をパターニングすることとをさらに含んでもよい。別の実施形態によれば、本発明の方法は、シリコンウェハの第2の側面をエッチングする前に、パターニングされたパッシベーション層上に金属接着パッド層を堆積させることをさらに含んでもよい。
次の方法ステップにおいて、図12に示されるように、パターニングされた第2の圧電スタック層24、パターニングされたカンチレバー材料層26、および第2の二酸化ケイ素層28の上に、第3の二酸化ケイ素層22を堆積させる。一実施形態によれば、このステップは、パッシベーション層用のケイ素を堆積させるために、シラン(ケイ素源)のプラズマ化学気相成長法を使用して行われる。この層は、約1μmの厚さまで堆積し得る。別の実施形態によれば、第3の二酸化ケイ素層の堆積は、磨耗に対する堅牢性を構造に提供する任意選択のステップである。
図13に示される方法ステップにおいて、第1、第2、および第3の二酸化ケイ素層32、28、および22は、カンチレバーが背面エッチング後に解放されるようにパターニングされる。一実施形態によれば、このステップは、第1、第2、および第3の二酸化ケイ素層32、28、および22の一部を除去して、シリコンウェハ52の第1の表面51を露出させることを含む。一実施形態によれば、このパターニングは、CHF3反応性イオンエッチングプロセスを使用して行われる。
次に、図14に示されるように、第3の二酸化ケイ素層22がパターニングされる。一実施形態によれば、このステップは、第3の二酸化ケイ素層22の一部を除去して、第1の圧電スタック層30の部分80および82、ならびに第2の圧電層24の部分84および86を露出したままとすることを含む。一実施形態によれば、このパターニングは、CHF3反応性イオンエッチングプロセスを使用して行われる。
さらなる(任意選択の)方法ステップが図15に示されるが、これは、パターニングされた第3の二酸化ケイ素層22、ならびに第1の圧電スタック層30の部分80および82、ならびに第2の圧電スタック層24の部分84および86の上に堆積した金属接着パッド層88を示している。接着パッド層88は、堅牢なワイヤボンドがデバイスに形成されることを可能にする表面を提供し、それにより、良好な電気接続を確実にする。一実施形態によれば、金属接着パッド層88は、約1μmの厚さまで堆積し、また金属材料(例えば、Al)である。この層は、ワイヤボンドの信頼性を改善するために堆積させる。
図16は、存在する場合には金属接着パッド層88をパターニングすることを含む次の方法ステップを示す。一実施形態によれば、金属接着パッド層88は、上部および下部電極接続用の開口部よりも若干長くパターニングされる。一実施形態において、金属接着パッド層88のパターニングは、リン酸に基づく湿潤エッチング化学を使用して行われる。しかしながら、他の方法もまた使用され得る。
次の方法ステップは、図17に示されるが、シリコンウェハ52が表面53でエッチングされて共振器ビーム12、基部18、および塊体20を形成し、このようにして本発明のエネルギー回収デバイスの一実施形態が製造される。換言すれば、シリコンウェハ52の一部がエッチング除去されて、共振器ビーム12となったものの下に穴90を形成し、基部18となったシリコンウェハ52の一部と、塊体20となったシリコンウェハ52の一部との間に間隔を形成する。一実施形態によれば、シリコンウェハ52のエッチングは、リソグラフィー技術およびSF6/C4F8化学による深掘り反応性イオンエッチングを使用して行われる。
本発明のさらなる態様は、エネルギー回収器デバイスを製造する方法に関する。この方法は、第1および第2の表面を有するシリコンウェハを提供することを含む。シリコンウェハの第1の表面上に、第1の二酸化ケイ素層を堆積させる。第1の二酸化ケイ素層上に第1の圧電スタック層を堆積させ、パターニングする。パターニングされた第1の圧電スタック層の上に、第2の二酸化ケイ素層を堆積させる。堆積した第2の二酸化ケイ素層の上にカンチレバー材料を堆積させる。堆積したカンチレバー材料の上に、第3の二酸化ケイ素層を堆積させる。カンチレバー材料の上に第2の圧電スタック層を堆積させ、パターニングする。第3の二酸化ケイ素層およびカンチレバー材料をパターニングする。シリコンウェハの第2の側面をエッチングして、エネルギー回収デバイスが製造される。
図18に示されるように、本発明のエネルギー回収器デバイスを形成する方法の別の実施形態は、第1の表面151および第2の表面153を有するシリコンウェハ152(上述の通り)を提供することと、シリコンウェハ152の第1の表面151上に、第1の二酸化ケイ素層134(層の数字表示は、図2に示される本発明のエネルギー回収器の実施形態に関連することを理解されたい)を堆積させることと、第1の二酸化ケイ素層134上に任意選択の接着層154を堆積させることと、第1の二酸化ケイ素層134上に第1の圧電スタック層132を堆積させることにより、層状材料スタック150を形成することを含む。
第1の二酸化ケイ素層134は、一実施形態によれば、熱酸化物層である。一実施形態において、第1の二酸化ケイ素層134は、約0.25μmから約2μmの厚さを有する。シリコンウェハ52の第1の表面51への第1の二酸化ケイ素層134の堆積は、当該技術分野において知られている方法により行うことができる。例えば、二酸化ケイ素を熱成長させ、次いでシリコンウェハ上に堆積させてもよい。1つの具体例において、1μm(+/−0.05μm)の熱成長SiO2がシリコンウェハ52上に堆積して、二酸化ケイ素層134が形成される。
第1の圧電スタック層132が第1の二酸化ケイ素層134上に堆積して、金属/圧電材料/金属層が形成される。一実施形態によれば、圧電スタック層134は、厚さ約0.5μmから約6μm、または約2μmから約5μmの厚さを有する。第1の圧電スタック層132は、第1の金属層156、第2の金属層158、および圧電層160を含む。第1の金属層156および第2の金属層158は、電極として適切に機能する任意の好適な金属で形成され得る。一実施形態によれば、これらの層は、モリブデンまたは白金等の同じ材料で形成される。しかしながら、層の両方が同じ材料で形成される必要はない。圧電材料層160は、上述のような任意の好適な圧電材料で形成される。一実施形態によれば、この層は、窒化アルミニウム(AlN)で形成される。
第1の圧電スタック層132の堆積は、当該技術において標準的であるように、その下に薄い接着層154を用いて行うことができる。好適な接着層154は、約0.02μmから約0.05μmの層厚のチタン、AlN、Al:Cu、またはAl等の材料を含み得る。
本発明のエネルギー回収器デバイスを作製する方法の一実施形態は、図19〜33に示されるように進行する。まず、図19に示されるように、圧電スタック層132がパターニングされる。特に、圧電材料層160および第2の金属層158の一部(例えば、部分162および164)が、スタック50から除去され、第1の金属層156が露出される。本発明の方法に従う第1の圧電スタック層132のパターニングは、金属層に対するリン酸、および水酸化テトラメチルアンモニウムを用いた湿式エッチングと組み合わせたリソグラフィー技術を使用して達成され得る。層の湿式または乾式エッチングのための他の好適な化学物質もまた、当業者により一般的に使用され、本発明の方法の実行に使用され得る。
次に、図20に示されるように、一実施形態によれば、第1の圧電スタック層132のパターニングは、第1の金属層156の一部(例えば、部分166)を除去するためおよびそのさらなる部分を電極として露出したままとするために、第1の金属層156をパターニングすることを含む。電極のパターニングは、リン酸湿式エッチング、または塩素もしくはフッ素ガスを用いたプラズマ(乾式)エッチングを使用して実行され得る。接着層が存在する場合、接着層は、湿式エッチングに基づくアンモニア過酸化物により除去され得る(例えば、チタン接着層の場合)。
次に、図21に示されるように、パターニングされた第1の圧電スタック層132および第1の二酸化ケイ素層134の上に、第2の二酸化ケイ素層130を堆積させる。第2の二酸化ケイ素層130は、一実施形態によれば、高温酸化物層である。この層は、第1の圧電スタック層132の電気的遮蔽を提供する。一実施形態によれば、このステップは、パッシベーション層用のケイ素を堆積させるために、シラン(ケイ素源)のプラズマ化学気相成長法を使用して行われる。この層は、約1μmの厚さまで堆積し得る。
図22に示される次の方法ステップにおいて、堆積した第2の二酸化ケイ素層130の上にカンチレバー材料128を堆積させる。カンチレバー材料128は、シリコン、ポリSi、金属(例えば、CuもしくはNi)、または他の金属酸化物半導体(CMOS)適合性材料、あるいはポリイミド等の高温ポリマー等の任意の好適な材料であってもよい。一実施形態において、カンチレバー材料128を、約10μmから約200μm、約10μmから約75μm、または約10μmから約50μmの厚さの範囲で化学気相成長法により第2の二酸化ケイ素層130上に堆積させる。堆積後、例えば化学機械研磨により、カンチレバー材料128の表面を平滑化することが望ましくなり得る。
次に、図23に示されるように、カンチレバー層128の上に第3の二酸化ケイ素層126を堆積させる。第3の二酸化ケイ素層126は、一実施形態によれば、高温酸化物層である。一実施形態によれば、このステップは、パッシベーション層用のケイ素を堆積させるために、シラン(ケイ素源)のプラズマ化学気相成長法を使用して行われる。この層は、約1μmの厚さまで堆積し得る。
図24は、第3の二酸化ケイ素層126の上に第2の圧電スタック層124を堆積させて、第2の金属/圧電材料/金属層を形成することを含む、次の方法ステップを示す。一実施形態によれば、第2の圧電スタック層124は、厚さ約0.5μmから約6μmまたは約2μmから約5μmの厚さを有する。一実施形態によれば、第2の圧電スタック層124は、第1の金属層168、圧電材料層170、および第2の金属層172を含む。
第1の金属層168および第2の金属層172は、電極として適切に機能する任意の好適な金属で形成され得る。一実施形態によれば、これらの層は、モリブデンまたは白金等の同じ材料で形成される。しかしながら、層の両方が同じ材料で形成される必要はない。圧電材料層170は、上述のような任意の好適な圧電材料で形成される。一実施形態によれば、この層は、窒化アルミニウム(AlN)で形成される。
第2の圧電スタック層124の堆積は、当該技術において標準的であるように、その下に薄い接着層174を用いて行うことができる。好適な接着層174は、約0.02μmから約0.05μmの層厚のチタン、AlN、Al:Cu、またはAl等の材料を含み得る。
次に、図25に示されるように、第2の圧電スタック層124がパターニングされる。特に、圧電材料層170および第2の金属層172の一部(例えば、部分176および178)が、第2の圧電スタック層124から除去され、第1の金属層168が露出される。本発明の方法に従う第2の圧電スタック層124のパターニングは、金属層に対するリン酸、および水酸化テトラメチルアンモニウムを用いた湿式エッチングと組み合わせたリソグラフィー技術を使用して達成され得る。層の湿式または乾式エッチングのための他の好適な化学物質もまた、当業者により一般的に使用され、本発明の方法の実行に使用され得る。
次に、図26に示されるように、一実施形態によれば、第2の圧電スタック層124のパターニングは、第1の金属層168の一部(例えば、部分179)を除去するためおよびそのさらなる部分を電極として露出したままとするために、第1の金属層168をパターニングすることを含む。電極のパターニングは、リン酸湿式エッチング、または塩素もしくはフッ素ガスを用いたプラズマ(乾式)エッチングを使用して実行され得る。接着層が存在する場合、接着層は、湿式エッチングに基づくアンモニア過酸化物により除去され得る(例えば、チタン接着層の場合)。
次に、カンチレバー材料128および第3の二酸化ケイ素層126がパターニングされる。この方法ステップは、図27に示されている。一実施形態によれば、このパターニングは全て、乾燥プロセスにより行われてもよい。例えば、酸化物の場合フッ素CHF3/CF4ガスおよび反応性イオンエッチング、ポリSiの場合SF6/C4F8深掘り反応性イオンエッチングがある。Cu、Au、またはNi等の金属の場合、当該技術分野において周知の湿式エッチングプロセスを使用することができる。
一実施形態によれば、本発明の方法は、第2のパターニングされた圧電スタック層、パターニングされたカンチレバー材料、および第1のパターニングされた圧電スタック層に、パッシベーション層を付加することと、シリコンウェハの第2の側面をエッチングする前に、パッシベーション層をパターニングすることとをさらに含んでもよい。別の実施形態によれば、本発明の方法は、シリコンウェハの第2の側面をエッチングする前に、パターニングされたパッシベーション層上に金属接着パッド層を堆積させることをさらに含んでもよい。
次の方法ステップにおいて、図28に示されるように、パターニングされた第2の圧電スタック層124および第2の二酸化ケイ素層130の上に、第4の二酸化ケイ素層122を堆積させる。一実施形態によれば、このステップは、パッシベーション層用のケイ素を堆積させるために、シラン(ケイ素源)のプラズマ化学気相成長法を使用して行われる。この層は、約1μmの厚さまで堆積し得る。別の実施形態によれば、第3の二酸化ケイ素層の堆積は、磨耗に対する堅牢性を構造に提供する任意選択のステップである。
図29に示される方法ステップにおいて、第1、第2、および第4の二酸化ケイ素層134、130、および122は、カンチレバーが背面エッチング後に解放されるようにパターニングされる。一実施形態によれば、このステップは、第1、第2、および第4の二酸化ケイ素層134、130、および122の一部を除去して、シリコンウェハ152の第1の表面151を露出させることを含む。一実施形態によれば、このパターニングは、CHF3反応性イオンエッチングプロセスを使用して行われる。
次に、図30に示されるように、第4の二酸化ケイ素層122がパターニングされる。一実施形態によれば、このステップは、第4の二酸化ケイ素層122の一部を除去して、第1の圧電スタック層132の部分180および182、ならびに第2の圧電層124の部分184および186を露出したままとすることを含む。一実施形態によれば、このパターニングは、CHF3反応性イオンエッチングプロセスを使用して行われる。
さらなる(任意選択の)方法ステップが図31に示されるが、これは、パターニングされた第4の二酸化ケイ素層122、ならびに第1の圧電スタック層132の部分180および182、ならびに第2の圧電スタック層124の部分184および186の上に堆積した金属接着パッド層188を示している。接着パッド層188は、堅牢なワイヤボンドがデバイスに形成されることを可能にする表面を提供し、それにより、良好な電気接続を確実にする。一実施形態によれば、金属接着パッド層188は、約1μmの厚さまで堆積し、また金属材料(例えば、Al)である。この層は、ワイヤボンドの信頼性を改善するために堆積させる。
図32は、存在する場合には金属接着パッド層188をパターニングすることを含む次の方法ステップを示す。一実施形態によれば、金属接着パッド層188は、上部および下部電極接続用の開口部よりも若干長くパターニングされる。一実施形態において、金属接着パッド層188のパターニングは、リン酸に基づく湿潤エッチング化学を使用して行われる。しかしながら、他の方法もまた使用され得る。
次の方法ステップは、図33に示されるが、シリコンウェハ152が表面153でエッチングされて共振器ビーム112、基部118、および塊体120を形成し、このようにして本発明のエネルギー回収デバイスの一実施形態が製造される。換言すれば、シリコンウェハ152の一部がエッチング除去されて、共振器ビーム112となったものの下に穴190を形成し、基部118となったシリコンウェハ152の一部と、塊体120となったシリコンウェハ152の一部との間に間隔を形成する。一実施形態によれば、シリコンウェハ152のエッチングは、リソグラフィー技術およびSF6/C4F8化学による深掘り反応性イオンエッチングを使用して行われる。
本明細書において、好ましい実施形態を詳細に描写および説明したが、関連技術の当業者には、本発明の精神から逸脱せずに、様々な修正、追加、置換等が行われてもよいことが明らかであり、したがって、これらは、添付の特許請求の範囲において定義されるような本発明の範囲内に含まれるとみなされる。
Claims (31)
- 第1の端部と第2の端部との間に延在する細長共振器ビームと、
前記第1の端部で前記細長共振器ビームに接続され、第2の端部はカンチレバーとして前記基部から自由に延在している、基部と、
前記細長共振器ビームの前記第2の端部に取り付けられた塊体と
を備え、
前記細長共振器ビームは、(1)第3の酸化物層上の第2の圧電スタック層の上の第2の酸化物層上のカンチレバー層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層、または(2)第4の酸化物層の上の第2の圧電スタック上の第3の酸化物層の上のカンチレバー層上の第2の酸化物層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層のいずれかを備える、エネルギー回収器デバイス。 - 前記細長共振器ビームは、第3の酸化物層上の第2の圧電スタック層の上の第2の酸化物層上のカンチレバー層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層を備える、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記細長共振器ビームは、第4の酸化物層の上の第2の圧電スタック上の第3の酸化物層の上のカンチレバー層上の第2の酸化物層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層を備える、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記第2の圧電スタック層は、金属層の上の圧電材料層の上の金属層を備える、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記第1の圧電スタック層は、圧電材料層の上の金属層を備え、カンチレバー層は、電極として有用である、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記第1の圧電スタック層は、金属層上の圧電材料層の上の金属層を備える、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記第1および/または第2の圧電スタック層と電気的に接触した1つ以上の電極をさらに備える、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記第1および/または第2の圧電スタック層から電気エネルギーを回収するための、前記1つ以上の電極と電気的に接続された電気回収回路をさらに備える、請求項7に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記第1および/または第2の圧電スタック層は、金属の層を備え、前記金属は、モリブデン、白金、またはポリシリコンからなる群から選択される、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記第1および/または第2の圧電スタック層は、圧電材料の層を備え、前記圧電材料は、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、およびチタン酸ジルコン酸鉛化合物からなる群から選択される、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 前記カンチレバーは、電気めっき銅もしくはニッケル、またはポリシリコンからなる群から選択される材料で作製される、請求項1に記載のエネルギー回収器デバイス。
- 電動装置と、
前記電動装置に電気的に結合された請求項1に記載のエネルギー回収器デバイスと
を備える、システム。 - 前記電動装置は、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、電子書籍リーダー、MP3プレーヤー、電話ヘッドセット、ヘッドフォン、ルータ、ゲームデバイス、ゲームコントローラ、モバイルインターネットアダプタ、カメラ、無線センサー、無線センサーモート、タイヤ圧センサーモニタ、電動ツール上の電力供給用簡易ディスプレイ、家畜飼育用デバイス、医療デバイス、人体監視デバイス、および玩具からなる群から選択される、請求項12に記載のシステム。
- 前記細長共振器ビームは、第3の酸化物層上の第2の圧電スタック層の上の第2の酸化物層上のカンチレバー層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層を備える、請求項12に記載のシステム。
- 前記細長共振器ビームは、第4の酸化物層の上の第2の圧電スタック上の第3の酸化物層の上のカンチレバー層上の第2の酸化物層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層を備える、請求項12に記載のシステム。
- 前記第1および/または第2の圧電スタック層と電気的に接触した1つ以上の電極をさらに備える、請求項12に記載のシステム。
- 前記第1および/または第2の圧電スタック層から電気エネルギーを回収するための、前記1つ以上の電極と電気的に接続された電気回収回路
をさらに備える、請求項16に記載のシステム。 - 請求項12に記載のシステムを提供することと、
前記第1および/または第2の圧電スタック層から電気エネルギーを生成するために、前記システムを運動または振動に供することと、
電動装置に電力を提供するために、前記第1および/または第2の圧電スタック層から前記装置に前記電気エネルギーを伝達することと
を含む、電動装置に電力供給する方法。 - 前記装置は、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、電子書籍リーダー、MP3プレーヤー、電話ヘッドセット、ヘッドフォン、ルータ、ゲームデバイス、ゲームコントローラ、モバイルインターネットアダプタ、カメラ、無線センサー、無線センサーモート、タイヤ圧センサーモニタ、電動ツール上の電力供給用簡易ディスプレイ、家畜飼育用デバイス、医療デバイス、人体監視デバイス、および玩具からなる群から選択される、請求項18に記載の方法。
- 前記細長共振器ビームは、第3の酸化物層上の第2の圧電スタック層の上の第2の酸化物層上のカンチレバー層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層を備える、請求項18に記載の方法。
- 前記細長共振器ビームは、第4の酸化物層の上の第2の圧電スタック上の第3の酸化物層の上のカンチレバー層上の第2の酸化物層の上の第1の圧電スタック層上の第1の酸化物層を備える、請求項18に記載の方法。
- 前記第1および/または第2の圧電スタック層と電気的に接触した1つ以上の電極
をさらに備える、請求項18に記載の方法。 - 前記第1および/または第2の圧電スタック層から電気エネルギーを回収するための、前記1つ以上の電極と電気的に接続された電気回収回路
をさらに備える、請求項22に記載の方法。 - 第1および第2の表面を有するシリコンウェハを提供することと、
前記シリコンウェハの前記第1の表面上に第1の二酸化ケイ素層を堆積させることと、
前記第1の二酸化ケイ素層上に第1の圧電スタック層を堆積させることと、
前記第1の圧電スタック層をパターニングすることと、
前記パターニングされた第1の圧電スタック層の上に第2の二酸化ケイ素層を堆積させることと、
前記堆積した第2の二酸化ケイ素層の上にカンチレバー材料を堆積させることと、
前記カンチレバー材料をパターニングすることと、
前記パターニングされたカンチレバー材料の上に第2の圧電スタック層を堆積させることと、
前記第2の圧電スタック層をパターニングすることと、
エネルギー回収デバイスを製造するために、前記シリコンウェハの第2の側面をエッチングすることと
を含む、エネルギー回収デバイスを製造する方法。 - 前記第1の圧電スタック層は、前記第1の二酸化ケイ素層上にある第2の金属層の上の圧電材料層の上の第1の金属層を備える、請求項24に記載の方法。
- 前記第1の圧電スタック層をパターニングすることは、
前記第1の金属層および圧電材料層の一部を除去することと、
前記第2の金属層の一部を除去するためおよびさらなる部分を電極として露出したままとするために、前記第2の金属層をパターニングすることと
を含む、請求項25に記載の方法。 - 前記第2の圧電スタック層は、前記パターニングされたカンチレバー材料上にある圧電材料層の上の第1の金属層を備え、前記カンチレバー材料は、電極として有用である、請求項24に記載の方法。
- 前記第2の圧電スタック層をパターニングすることは、
前記第1の金属層と前記第2の圧電スタック層の前記圧電材料層との一部を除去すること
を含む、請求項27に記載の方法。 - 前記第2の圧電スタック層は、前記パターニングされたカンチレバー材料上にある第3の二酸化ケイ素層の上の第2の金属層上の圧電材料層の上の第1の金属層を備える、請求項24に記載の方法。
- 前記第2のパターニングされた圧電スタック層、前記パターニングされたカンチレバー材料、および前記第1のパターニングされた圧電スタック層に、パッシベーション層を付加することと、
前記シリコンウェハの前記第2の側面をエッチングすることの前に、前記パッシベーション層をパターニングすることと
をさらに含む、請求項24に記載の方法。 - 前記シリコンウェハの前記第2の側面をエッチングすることの前に、前記パターニングされたパッシベーション層上に金属接着パッド層を堆積させること
をさらに含む、請求項30に記載の方法。
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