Ученые из Фраунгофера разработали экономичный процесс для микро-аккумулирования энергии

Сегодня, когда автономные зонды и другие еще меньшие мобильные электронные системы получают все большую популярность, возможности захвата и использования энергии из непосредственного окружения – от вибраций, например, вызывают все больший интерес со стороны ученых и инженеров. Вот и недавно исследователи из института Фраунгофера объявили о разработке новой технологии производства пьезоэлектрических материалов, и даже построили демонстрационную модель, которую собираются представить на выставке электроники в Мюнхене с 11 по 14 ноября.

Пьезоэлектрические материалы могут преобразовать механические колебания в электричество, потому они применяются в тех местах, где существует определенная, но необязательно постоянная вибрация – на промышленном оборудовании, или в двигателях авиалайнеров и автомобилей. До настоящего времени учеными использовался в основном пьезоэлектрический материал цирконат-титанат свинца (ЦТС). Но есть и его альтернатива – нитрид алюминия (AlN), который по сравнению с ЦТС обладает более подходящими механическими свойствами, не содержит токсичного свинца и является более стабильным и биологически совместимым материалом. Кроме того, этот материал пригоден для включения AlN-слоев в компоненты микроэлектроники в обычных производственных процессах.

Но здесь возникает дилемма: для включения пьезоэлектрического материала в более мелкие электронные системы он должен быть как можно меньше, но с другой стороны, для генерации необходимого количества энергии этот материал должен иметь определенный объем. До сих пор ученым не удавалось изготовить с помощью доступных методов пьезоэлектрическое покрытие с необходимыми свойствами. Но исследователи из института Фраунгофера разработали новый процесс – с помощью реактивного магнетронного распыления алюминиевых мишеней на кремниевую пластину в атмосфере азота-аргона, который позволяет осаждать с высокой скоростью высокооднородные слои пьезоэлектрика на покрытие диаметром до 200 мм.

Затем, работая в сотрудничестве с техническим университетом Дрездена и финским университетом Оулу, ученые провели испытания по генерации энергии кремниевых полосок с AlN-покрытием размером 6 кв. см. Несмотря на то, что полученная мощность составила несколько сотен микроватт, ученые считают, что AlN-слои являются практической альтернативой для питания датчиков с низким энергопотреблением.