一种微型能量采集器，其设计过程更加灵活多变

据 Nanowerk 近日报道，东京工业大学的科学家研发出一种微型能量采集器，其设计过程更加灵活多变。这种由外置驻极体提供电能的 MEMS 振动能量采集器，对未来物联网应用的发展至关重要。该采集器将在 2019 年第 32 届国际微电子机械系统 (MEMS) 技术及应用展览会上展出。

如今，电子设备的体积越来越小。在即将到来的物联网时代中，通过微型传感器可以研发出在科幻小说中才有的科技应用。然而，微电子设备的运行依旧需要电能，其运行电力主要来自微机电系统（MEMS）对机械振动等环境能量的收集。

图1 | 传统的 MEMS 能量采集器（图片来源:Tokyo Institute of Technology）

如图 1 所示，传统的 MEMS 能量采集器将驻极体（在强外电场等因素作用下，极化并能“永久”保持极化状态的电介质）置于 MEMS 电容器中，该电容器中有一个借助环境能量驱动的移动电极，从而引起电荷的移动。但是，驻极体和 MEMS 组件的制造工艺必须相互兼容，其设计和制造具有很大的局限性。

东京工业大学的助理教授 Daisuke Yamane 及其科研团队研发出一种新型 MEMS 能量采集器。它由两个独立的晶片组成：一个是MEMS 可调电容器，另一个是由驻极体和介电材料组成的电容器（下图 ）。

Yamane 教授说：“该技术首次实现了驻极体和 MEMS 组件的分离。”

图2 | 新型 MEMS 能量采集器的采集原理（图片来源：Tokyo Institute of Technology）

新型 MEMS 能量采集器的采集原理如图 2 所示。驻极体电路的电容是固定的（Cfix），而 MEMS 可调电容器（CM）的电容根据弹簧的拉伸（由外部振动引起）而变化。

当 CM 变得高于 Cfix 时，将引起电荷移动并且可调电容器获得电荷。同样地，当 Cfix 较高时，电荷沿相反方向移动，并且驻极体电路中的电容器获得电荷。

图3 |系统电路图与输出电压（图片来源：Tokyo Institute of Technology）

电荷的移动产生了可用电力。图 3 的左侧是芯片的构造及装置简化图，右侧表示采集器产生的电压。

Yamane 教授道：“新型能量采集器将驻极体与 MEMS 组件分离，提高了设计和制造的灵活性。该技术便于工程师的设计和制造 MEMS 能量采集器，这将促进物联网时代的发展。”