JP2017099208A - エレクトレットおよびエレクトレットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るエレクトレット(100,101,102)は、第1誘電体から構成された第1エレクトレット膜(2)と、第1誘電体と異なる誘電率を有する第2誘電体から構成された第2エレクトレット膜(3)とを有し、第2エレクトレット膜は、第1エレクレット膜の上に直接形成されていることを特徴とする。第1エレクトレット膜は、例えばSiO2またはSiNから構成され、第2エレクトレット膜は、例えば樹脂から構成されている。
【選択図】図1
Description
一般に、エレクトレットの単位体積あたりの帯電密度は、エレクトレットを構成する材料により一意に決まる。そのため、エレクトレットの帯電量を増やすためには、上述の非特許文献5に示されるように、エレクトレットの厚さを大きくする必要があった。
しかしながら、材料コストや製造コストの点から、実際にエレクトレットの厚さを大きくすることには限界があるため、帯電特性の大幅な改善は見込めない。
〈エレクトレットの構成〉
図1は、本発明の一実施の形態に係るエレクトレットの断面を模式的に示す図である。
同図には、一例として、本実施の形態に係るエレクトレットの積層構造の一部が図示されている。
図1に示されるように、本実施の形態に係るエレクトレット100は、従来の一つのエレクトレット膜から構成されたエレクトレットとは異なり、異なる誘電体から構成された複数のエレクトレット膜を接合した構造を有している。
エレクトレット膜2は、例えばシリコンから成る基板1上に形成されている。エレクトレット膜2は、例えば、SiO2またはSiNから構成されている。エレクトレット膜3は、エレクレット膜2の上に直接形成されている。エレクトレット膜3は、例えば樹脂から構成されている。上記樹脂としては、例えば、エレクトレット膜2上に塗布し易いフッ素環状重合体等を例示することができる。
後述するコロナ放電等により、エレクトレット膜2,3に電荷を注入すると、エレクトレット膜2とエレクトレット膜3とが積層された構造体10は、エレクトレットとして機能する。
図2は、実施の形態1に係るエレクトレットの帯電の原理を説明するための図である。図3は、従来の1層のエレクトレット膜から構成されたエレクトレットの帯電の原理を示す図である。
これにより、従来の1層のエレクトレット膜の膜厚を単に大きくする場合に比べて、エレクトレットにおける帯電量を向上させることができ、且つ長期間に渡って電荷を安定して保持することが可能となる。
次に、実施の形態1に係るエレクトレット100の製造方法について説明する。
先ず、図4Aに示すように、第1誘電体から構成されたエレクトレット膜2を形成する(第1工程)。具体的には、公知のスパッタリング法によって基板1上に第1誘電体を堆積させることにより、エレクトレット膜2を形成する。
具体的には、先ず、第2誘電体を溶質とする溶液を用意する。例えば、第2誘電体としてフッ素環状重合体を用いる場合には、フッ素環状重合体を含フッ素有機溶媒に溶解させた溶液を用意し、その溶液を所定量採取する。その後、採取した溶液を更に上記含フッ素有機溶媒で希釈することにより、含フッ素環状重合体溶液が得られる。
次に、第2誘電体を溶質とする溶液を、公知のスピンコート法によりエレクトレット膜2上に塗布し、オーブンにて加熱処理を施す。これにより、エレクトレット膜2上にエレクトレット膜3が形成される。
次に、上記の製造方法に基づいてエレクトレット100を実際に作製し、作製したエレクトレット100の帯電特性を調べた実験の結果について説明する。
(1)エレクトレット100の作製
先ず、本実験に用いたエレクトレット100の作製手順について詳細に説明する。
はじめに、下地処理を施した基板1を用意する。
本実験では、両面鏡面研磨加工を施した厚さ625μmのSi基板をダイシング法等によって切断し、縦1cm、横1cmの複数のSiチップを作製した後、切断した夫々のチップに対して強酸性の溶液で洗浄し、フッ酸水溶液中に1分間浸漬させた。その後、超純水によって10分間洗浄することにより、夫々のチップの表面に付着しているパーティクルを除去した。本実験では、これらの下地処理を施した1つのSiチップを基板1として用いた。
本実験では、公知のスパッタリング法(RFパワー:500W)により、上記下地処理を施して乾燥させたSiチップ(基板1)上に酸化シリコン(SiO2)を0.8μm堆積させた。これにより、SiO2から構成されたエレクトレット膜2をSiチップ上に形成した(図4A参照)。
本実験では、図5に示す化学式の繰り返し単位を有し、主鎖にカルボキシ基を有するフッ素環状重合体のCYTOP(サイトップ;登録商標、旭硝子社製、比誘電率2.1)を含フッ素有機溶媒としての溶媒CT−solv180(旭硝子社製)に溶解させたCYTOP溶液CTL−813A(旭硝子社製)を用意する。そして、そのCYTOP溶液CTL−813Aを10gを採取し、30gの上記溶媒CT−solv180で希釈する。
これにより、質量比1:3の含フッ素環状重合体溶液を作製した。
次に、例えば公知の直流コロナ放電法により、エレクトレット膜2,3から成る構造体10に電荷を印加する。より具体的には、図6に示す直流コロナ放電装置400において、構造体10が形成された基板1を電極板41上に載置するとともに、電極針42を構造体10の電極板4と反対側の面の直上に配置し、電源40により高電圧を電極針42と電極板41との間に印加する。本実験では、室温(約25℃)において、10kVの電圧を電極針42と電極板41との間に30分間印加した。
本実験では、以上の工程を経てエレクトレット100を作製した。
次に、実際に作製したエレクトレット100の帯電特性の計測結果について説明する。
本実験では、測定対象のサンプルとして、上述の製造方法によって実際に作製したエレクトレット100と、上述の製造方法における上記下地処理を施した基板1上にSiO2から構成されたエレクトレット膜2のみを形成し、上記コロナ放電法により高電圧を印加した第1比較サンプル(図4A参照)と、上述の製造方法における上記下地処理を施した基板1上にCYTOPから構成されたエレクトレット膜3のみを形成し、上記コロナ放電法により高電圧を印加した第2比較サンプル(図7参照)の3つを用意し、それらのサンプルの夫々の表面電位を表面電位計(トレック社製、型番8320)を用いて計測した。
図9,10には、上記3つのサンプルを25℃、相対湿度(RH:relative humidity)50%の環境下で導電性トレイに保管し、定期的にそれらを取り出して、上記図8と同様の方法によって計測した表面電位の最小値がサンプル毎にプロットされている。なお、図10は、図9のグラフを対数で表示させたものである。
次に、本発明に係るエレクトレットの別の実施の形態について説明する。
実施の形態1では、誘電率の異なる2種類のエレクトレット膜を1組だけ基板1上に積層する場合を示したが、2種類のエレクトレット膜を交互に複数積層してもよい。
同図に示されるエレクトレット101は、エレクトレット膜2とエレクトレット膜3とが交互にn(nは2以上の整数)層積層された構造を有している。エレクトレット101は、上述のエレクトレット100と同様に、第2工程(図4B)までの各処理を行った後に、第1工程(図4A)と第2工程を交互に繰り返し行うことによって作製することができる。
実施の形態2では、2種類のエレクトレット膜を交互に複数積層する場合を例示したが、3種類のエレクトレット膜を複数積層してもよい。
図12は、実施の形態3に係るエレクトレットの断面を模式的に示す図である。
同図に示されるように、エレクトレット102は、誘電率が異なる3種類のエレクトレット膜2,3,4が複数積層された構造を有している。例えば、エレクトレット膜2をSiO2によって形成し、エレクトレット膜3をサイトップによって形成し、エレクトレット膜4をSiNによって形成する。
Claims (8)
- 第1誘電体から構成された第1エレクトレット膜と、
前記第1誘電体と異なる誘電率を有する第2誘電体から構成された第2エレクトレット膜とを有し、
前記第2エレクトレット膜は、前記第1エレクレット膜の上に直接形成されている ことを特徴とするエレクトレット。 - 請求項1記載のエレクトレットにおいて、
前記第1エレクトレット膜と前記第2エレクトレット膜とが交互に複数積層されている
ことを特徴とするエレクトレット。 - 請求項1または2記載のエレクトレットにおいて、
前記第1エレクトレット膜は、SiO2またはSiNから構成されている
ことを特徴とするエレクトレット。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載のエレクトレットにおいて、
前記第2エレクトレット膜は、樹脂から構成されている
ことを特徴とするエレクトレット。 - 請求項4記載のエレクトレットにおいて、
前記樹脂は、フッ素環状重合体である
ことを特徴とするエレクトレット。 - 異なる誘電率を有する少なくとも3種類のエレクトレット膜が積層されている
ことを特徴とするエレクトレット。 - 第1誘電体から構成された第1エレクトレット膜を形成する第1工程と、
前記第1誘電体とは異なる誘電率を有する第2誘電体から構成された第2エレクトレット膜を、前記第1エレクトレット膜の上に直接形成する第2工程と、を含む
ことを特徴とするエレクトレットの製造方法。 - 請求項7に記載のエレクトレットの製造方法において、
前記第2工程は、樹脂を溶質とする溶液をスピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、インクジェット法、またはロールコーター法によって塗布する工程を含む
ことを特徴とするエレクトレットの製造方法。
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