基于CMOS-MEMS技术的带电路输出的PZT电能收集器.pdf

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1、中文摘要宣iiiiiiiiii萱i宣宣I—————————————————————一——i————II———ii————I——宣III暑由于微电子技术飞速发展使芯片功耗足够小，已达到微、纳瓦量级水平，组成的系统也在毫瓦量级；为此提出将周围环境的振动能量转换成电能收集并存储起来，使其作为系统能源成为可能。本文基于CMOS和MEMS工艺研究带电路输出的PZT电能收集器，采用溶胶．凝胶工艺制备PZT薄膜，利用PZT薄膜的正压电效应将环境中可利用的振动能量转化为电荷，并通过整流电路收集电荷及能量存储电容输出电

2、能信号。采用XRD对制各的PZT粉体原料配比和晶格结构进行分析，结果表明制备的PZT粉体具有钙钛矿相结构，在7000C刘$下热处理1h的PZT粉体颗粒分散性较好且均匀。采用XRD和SEM对制备的PZT薄膜的微观结构、表面形貌进行测试分析，结果表明在700"C条件下制备的500rim厚的PZT薄膜表面无裂纹、乎整度较好。基于PZT薄膜和硅悬臂梁结构制作PZT电能收集器，采用测量电路对制作完成的芯片进行测试，根据测量数据，该PZT电能收集器可以输出3．93V的直流电压和O．749W的能量。关键字MEMS；

3、压电效应；溶胶．凝胶；PZT压电材料；能量收集AbstractDuetotherapiddevelopmentofmicroelectronicstechnologySOthatpowerconsumptionofchipissmallenough，hasreachedthelevelofthemicro，thenanowatt．Thesystemisalsoinmilliwattmagnitude．Thereforetheideathatvibrationenergyofthesurrounding

4、environmentisconvenedtoelectricityandcollectedisputforwardanditispossibletoprovideenergyforsystems．Inthispaper,PZTenergyharvestingbasedCMOSandMEMStechnologywiththeoutputcircuitisresearched．Sol—GelprocessmethodisusedtomakePZTpiezoelectricthinfilmwhichcan

5、convertvibrationenergytochargeusingthepiezoelectriceffect，andpowersignalisharvestedthroughtherectifiercircuitandtheenergystoragecapacitor．theratioofrawmaterialsandthelatticestructureofthepreparedPZTpowdersisanalyzedusingXRD，theresultsshowedthattheprepar

6、edPZTpowdersannealedat700。Cpossesperovskitestructureandpowderparticleuniformdispersion．SurfacemorphologyandcrosssectionstructureofPZTthinfilmsisanalyzedbyXRDandSEM．TheresultsshowedthatsurfaceofthePZTthinfilmspreparedat700。Cwith500nmthickhascrack—freeand

7、flatnessbetter．ThechipofthePZTenergyharvestingisfabricatedusingPZTthinfilmsandsiliconcantileverstructure，whichistestedusingmeasurementcircuit．Onaccountofthemeasurementdata，thePZTenergyharvestingmeasuredperformanceof0．74}tWeffectiveelectricalpowerand3．93

8、VDCoutput．KeywordsMEMS；piezoelectriceffect；Sol-Gelmethod；PZTpiezoelectricitymaterials；Energyharvesting-II．目录中文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一IAbstract⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．II第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯