Piezoeléctrico MEMS Energy Harvester para aplicaciones de baja potencia
Autores: Muscalu, George; Firtat, Bogdan; Anghelescu, Adrian; Moldovan, Carmen; Dinulescu, Silviu; Brasoveanu, Costin; Ekwinska, Magdalena; Szmigiel, Dariusz; Zaborowski, Michal; Zajac, Jerzy; Stan, Ion; Tulbure, Adrian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Piezoeléctrico MEMS Energy Harvester para aplicaciones de baja potencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Fabricación
Pruebas
Cosechadora de energía piezoeléctrica
Palancas MEMS
Sin plomo
Densidad de potencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 43
Citaciones: Sin citaciones
Con un valor de mercado global en aumento de los sensores, este documento se centra en la fabricación y prueba de un recolector de energía piezoeléctrico de concepto que es capaz de recolectar energía mecánica del entorno ambiental y convertirla en energía eléctrica para alimentar redes de sensores inalámbricos. Nos enfocamos en obtener una nueva estructura de dispositivo basada en un conjunto de microcélulas piezoeléctricas MEMS en forma de peine (2 x 10) para una frecuencia resonante en el dominio de aplicación ambiental (unos cientos de Hz) y un área de chip de solo 1 cm. La configuración del microcélula piezoeléctrico sin plomo consta de un sustrato de Si, un par de electrodos de Ti-Pt y una capa piezoeléctrica pulverizada de AlN dopada con Sc al 12% con un espesor de 1000 nm, una constante dieléctrica de ~13 y e = 1.3 C/m. A una frecuencia resonante de 465.2 Hz y una aceleración de 1 g, el valor máximo para la potencia recolectada fue de 2.53 uW para una resistencia de carga óptima de 1 MOhm, lo que resulta en una densidad de potencia de 60.2 nW/mm para el dispositivo desempaquetado, sin tener en cuenta el volumen de vibración. Al aumentar la aceleración de excitación a 2 g RMS y utilizar LTC3588-1 para la circuitaría de potencia, pudimos obtener un voltaje de salida estabilizado de 1.8 V.
Descripción
Con un valor de mercado global en aumento de los sensores, este documento se centra en la fabricación y prueba de un recolector de energía piezoeléctrico de concepto que es capaz de recolectar energía mecánica del entorno ambiental y convertirla en energía eléctrica para alimentar redes de sensores inalámbricos. Nos enfocamos en obtener una nueva estructura de dispositivo basada en un conjunto de microcélulas piezoeléctricas MEMS en forma de peine (2 x 10) para una frecuencia resonante en el dominio de aplicación ambiental (unos cientos de Hz) y un área de chip de solo 1 cm. La configuración del microcélula piezoeléctrico sin plomo consta de un sustrato de Si, un par de electrodos de Ti-Pt y una capa piezoeléctrica pulverizada de AlN dopada con Sc al 12% con un espesor de 1000 nm, una constante dieléctrica de ~13 y e = 1.3 C/m. A una frecuencia resonante de 465.2 Hz y una aceleración de 1 g, el valor máximo para la potencia recolectada fue de 2.53 uW para una resistencia de carga óptima de 1 MOhm, lo que resulta en una densidad de potencia de 60.2 nW/mm para el dispositivo desempaquetado, sin tener en cuenta el volumen de vibración. Al aumentar la aceleración de excitación a 2 g RMS y utilizar LTC3588-1 para la circuitaría de potencia, pudimos obtener un voltaje de salida estabilizado de 1.8 V.