(57)【要約】  機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置であって、当該装置は、電荷キャリヤに対する第１の仕事関数を有する材料から成る第１の電極（１）と電荷キャリヤに対する第２の仕事関数を有する材料から成る第２の電極（２）を有しており、前記第２の仕事関数は前記第１の仕事関数とは異なっている。第１の電極（１）と第２の電極（２）は第１の負荷回路（３）を介して相互に導電性に接続されている。第２の電極（２）は、第１の電極（１）に対して可変の間隔で配置されている。
2009506731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置であって、次のものを有しており：すなわち、
電荷キャリヤに対する第１の仕事関数を有する材料から成る第１の電極（１）と；
電荷キャリヤに対する第２の仕事関数を有する材料から成る第２の電極（２）を有しており、前記第２の仕事関数は前記第１の仕事関数とは異なっており；
ここで第１の電極（１）と第２の電極（２）は第１の負荷回路（３）を介して相互に導電性に接続されており；
第２の電極（２）は、第１の電極（１）に対して可変の間隔で配置されている、
ことを特徴とする、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置。
【請求項２】
前記第１の電極（１）は第１の材料を含んでおり、当該第１の材料は、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の電極（１）は、第１の基板部分（５）の第１の領域の表面の切り欠き内に配置されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
さらに第２の基板部分（６）を含んでおり、当該第２の基板部分は第１の表面および第２の表面を有しており；
ここで該第２の基板部分（６）の第１の表面および第２の表面は相互に反対の方向を向いており；
前記第２の基板部分（６）の第１の表面は前記第１の基板部分（５）の表面上に配置されており；
前記第２の基板部分（６）は第１の領域および第２の領域を有しており；
前記第２の基板部分（６）の第２の領域は第１の基板部分（５）の第２の領域に結合されており；
第２の基板部分（６）の第１の領域の第１の表面は前記第１の電極（１）の方を向いており；
前記第２の電極（２）は第２の基板部分（６）の第１の領域から構成されており；
前記第２の基板部分（６）の第１の領域と、第２の基板部分（６）の第２の領域との間に中空空間（７）が構成されている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
さらに第３の基板部分（９）を含んでおり、当該第３の基板部分は第１の表面と第２の表面を有しており；
前記第３の基板部分（９）の第１の表面および第２の表面は相互に反対の方向を向いており；
前記第３の基板部分（９）の第１の表面は、第２の基板部分（６）の第２の表面上に配置されており；
第３の電極（８）を含んでおり、当該第３の電極は、前記第２の仕事関数とは異なる第３の仕事関数を有する材料から成り、前記第３の基板部分（９）の第１の表面の第１の領域の切り欠き内に構成されており；
前記第２の基板部分（６）の第２の領域は第３の基板部分（９）の第２の領域に結合されており；
前記第２の基板部分（６）の第１の領域の第２の表面は第３の電極（８）の方を向いており、かつ第３の電極（８）から間隔があけられており；前記第２の電極（２）および第３の電極（８）は、第２の負荷回路（１０）を介して導電性に接続されている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記第１の基板部分（５）は第２の材料を含み、当該第２の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択されており；
前記第２の基板部分（６）は第３の材料を含み、当該第３の材料はケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択され；
前記第３の基板部分（９）は第４の材料を含み、当該第４の材料はケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択され；
前記第３の電極（８）は第５の材料を含み、ここで当該第５の材料は白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択される、請求項５記載の装置。
【請求項７】
さらに第２の基板部分（６）を含んでおり、当該第２の基板部分は第１の表面および第２の表面を有しており；
ここで該第２の基板部分（６）の第１の表面および第２の表面は相互に反対の方を向いており；
前記第２の基板部分（６）の第１の表面は第１の基板部分（５）の表面上に配置されており；
前記第２の基板部分（６）は第１の領域および第２の領域を有しており；
前記第２の基板部分（６）の第１の領域の第１の表面上に、第２の電極（２）が構成されており；
前記第２の基板部分（６）の第２の領域は、第１の基板部分（５）の第２の領域に結合されており；
前記第２の電極（２）は、第１の電極（１）の方を向いており；
前記第２の基板部分（６）の第１の領域と、第２の基板部分（６）の第２の領域との間に中空空間（７）が構成されている、請求項３記載の装置。
【請求項８】
さらに第３の基板部分（９）を含んでおり、当該第３の基板部分は第１の表面および第２の表面を有しており；
前記第３の基板部分（９）の第１の表面および第２の表面は相互に反対の方を向いており；
前記第３の基板部分（９）の第１の表面は第２の基板部分（６）の第２の表面上に配置されており；
前記第２の基板部分（６）の第１の領域の第２の表面上に第３の電極（８）が構成されており、当該第３の電極は第３の仕事関数を有する材料から構成されており；
第４の仕事関数を有する材料から成る第４の電極（１２）は、前記第３の基板部分（９）の第１の領域の第１の表面の切り欠き内に構成されており、前記第４の仕事関数は第３の仕事関数とは異なっており；
前記第２の基板部分（６）の第２の領域は、第３の基板部分（９）の第２の領域に結合されており；
前記第４の電極（１２）は、第３の電極（８）の方を向いており、かつ第３の電極（８）と間隔があけられており；
前記第３の電極（８）および第４の電極（１２）は第２の負荷回路（１０）を介して相互に導電性接続されている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記第１の基板部分（５）は第２の材料を含み、当該第２の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択されており；
前記第２の基板部分（６）は第３の材料を含み、当該第３の材料はケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択され；
前記第３の基板部分（９）は第４の材料を含み、当該第４の材料はケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択され；
前記第２の電極（８）は第５の材料を含み、ここで当該第５の材料は白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択され；
前記第３の電極（８）は第６の材料を含み、ここで当該第６の材料は白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択され；
前記第４の電極（１２）は第７の材料を含み、ここで当該第７の材料は白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択されている、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の電極（１）は基板（１３）の第１の領域上に配置されており、第１の絶縁層（１４）は前記第１の電極（１）と基板（１３）との間に配置されており；
前記第２の電極（２）は基板（１３）の第２の領域上に配置されており、かつ前記基板（１３）から間隔が開けられており；
前記第２の電極（２）は柔軟な機械的接続（１７）を介して前記基板（１３）に結合されている、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
さらに基板（１３）の第３の領域上に配置された第３の電極（８）を含み、当該第３の電極は第３の仕事関数を有する材料から成り、当該第３の仕事関数は前記第２の仕事関数とは異なっており；
前記第３の電極（８）と基板（１３）との間に第２の絶縁層（１５）が配置されており;
前記第２の電極（２）と第３の電極（８）は第２の負荷回路（１０）を介して導電性に接続されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の電極（１）および第３の電極（８）はケイ素を含む、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の電極は、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択された材料を有している、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
請求項２記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項２に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項３記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項３に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項４記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項４に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項６記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項６に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップと；
第２の負荷回路（１０）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項７記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項７に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項８記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項８に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップと；
第２の負荷回路（１０）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項９記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項９に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップと；
第２の負荷回路（１０）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１０記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項１０に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１１記載の、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を作動させる方法であって、以下のステップを有しており：すなわち、
請求項１１に記載された、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置を提供するステップと；
装置に機械的な振動を供給するステップと；
第１の負荷回路（３）での電圧を検出するステップと；
第２の負荷回路（１０）での電圧を検出するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
本発明は機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置および請求項１および１４〜２２に記載された当該装置の作動方法に関する。
【０００２】
センサ装置、アクチュエータ装置またはデータ通信の領域では、自立したマイクロシステムがますます望まれている。ここでこのマイクロシステムは外部の電流供給部に依存せず、ケーブルが無く、メンテナンス不要の作動を保証する。通常の自立したマイクロシステムは例えば、太陽エネルギーを使用することに基づいており、太陽エネルギーを電気的なエネルギーに変えるためのソーラーセルを有している。このようなシステムは太陽または他の適切な光源に依存しているので、このシステムの使用領域は大幅に制限されている。これに加えて、この種のシステムでは小型化が進むとともに、および従来のＣＭＯＳ技術での集積の場合に問題が生じる。出願人に既知の、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置は、静電誘導に基づいており、エネルギーを得るためにエレクトレットを使用する。第１の電極上にはエレクトレット薄膜が配置されている。当該薄膜には電荷が設けられており、ここでこの第１の電極はアース電位に接続されている。第２の電極は第１の電極と間隔をあけて配置されており、負荷回路を介してアース電位と接続されている。エレクトレット薄膜は、第１の電極と第２の電極の間に配置されている。第２の電極が、第１の電極の主表面に対して並行な方向に沿って動くことによって、第１の電極および第２の電極と重畳している面が変化し、これによって第１の電極内で誘導された電荷が変化する。これによって、第２の電極からアース電位へと電流が流れる。この装置で欠点となるのでは、第１の電極ないしエレクトレット薄膜にはじめに電荷が付与されなければいけない、ということである。
【０００３】
従って本発明の課題は、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する改善された装置ならびに当該装置の作動方法を提供することである。
【０００４】
この課題は独立請求項に記載されている構成によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明の実施形態は、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変えるための装置を提供する。本発明は第１の材料から成る第１の電極を有する。この材料は電荷キャリヤに対して第１の仕事関数を有しており、第２の電極は第２の材料から成り、この第２の材料は電荷キャリヤに対して第２の仕事関数を有している。ここで第２の仕事関数は第１の仕事関数とは異なっている。第１の電極と第２の電極は第１の負荷回路を介して相互に導電性に接続されている。第２の電極が第１の電極に対して相対的に、可変の間隔で配置されることによって、装置に振動を供給することで容易に、負荷回路内に振動電流が印加される。第１の電極は、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択された材料を有している。
【０００６】
本発明の実施形態ではこの第１の電極は、第１の基板部分の第１の領域の表面の切り欠き内に配置されている。この装置はさらに第２の基板部分を含むことができる。ここでこの第２の基板部分は第１の表面および第２の表面を有している。ここで第２の基板部分の第１の表面および第２の表面は相互に反対の方を向いており、第２の基板部分の第１の表面は、第１の基板部分の表面上に配置されている。第２の基板部分は第１の領域および第２の領域を有している。ここで、第２の基板部分の第２の領域は第１の基板部分の第２の領域と結合されている。ここで第２の基板部分の第１の領域の第１の表面は第１の電極の方を向いており、第２の電極は第２の基板部分の第１の領域から構成されている。第２の基板部分の第１の領域と第２の基板部分の第２の領域との間には中空空間が構成されている。第２の基板部分の第１の領域と第２の基板部分の第２の領域との間に構成された中空空間によって、第２の基板部分の第１の領域は第２の基板部分の第２の領域に固定的に結合されない。また第２の基板部分の第２の領域は、第１の基板部分の第２の領域に固定的に結合される。有利には、第２の基板部分の第１の領域と第２の基板部分の第２の領域の結合強度は、中空空間の寸法を適切に選択することによって、装置へ供給される振動の周波数に合わせられ、負荷回路内に印加される電流が最大になる。
【０００７】
本発明の実施形態では装置はさらに、第１の表面および第２の表面を有する第３の基板部分を含む。ここでこの第３の基板部分の第１の表面および第２の表面は相互に反対の方向を向いている。第３の基板部分の第１の表面は、第２の基板部分の第２の表面上に配置されている。第３の仕事関数を有する材料から成る第３の電極は、第３の基板部分の第１の表面の第１の領域の切り欠き内に配置されている。ここで第３の仕事関数は第２の仕事関数とは異なっている。第２の基板部分の第２の領域は、第３の基板部分の第２の領域に結合されている。第２の基板部分の第１の領域の第２の表面は、第３の電極の方を向いており、第３の電極と間隔があけられている。第２の電極と第３の電極は第２の負荷回路を介して導電性に接続されている。本発明の装置は次の利点を有している。すなわち、装置への振動の供給時にそれぞれ第１の負荷回路内および第２の負荷回路内に振動電流が印加されるという利点を有している。
【０００８】
この第１の基板部分は第２の材料を有している。ここでこの第２の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択される。第２の基板部分は第３の材料を有している。ここでこの第３の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択される。この第３の基板部分は第４の材料を有している。ここでこの第４の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択される。第１、第２および第３の基板部分に対する本発明による材料選択によって有利には、装置をケイ素技術に基づく構成部材に内に組み込むことができる。
【０００９】
第３の電極は第５の材料を含む。この第５の材料は、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択される。
【００１０】
本発明の別の側面では、この装置は第２の基板部分を含むことができる。ここでこの第２の基板部分は第１の表面および第２の表面を有している。ここで第２の基板部分のこの第１の表面および第２の表面は相互に反対の方を向いており、第２の基板部分の第１の表面は、第１の基板部分の表面上に配置されている。第２の基板部分は第１の領域および第２の領域を有している。第２の基板部分の第１の領域の第１の表面上には、第２の電極が構成されている。第２の基板部分の第２の領域は、第１の基板部分の第２の領域に結合されている。この第２の電極は第１の電極の方を向いている。第２の基板部分の第１の領域と第２の基板部分の第２の領域との間には中空空間が構成されている。本発明の装置は次の利点を有している。すなわち、第２の電極の材料は、第２の基板部分の材料の選択に依存しないで選択される、という利点である。これによって第１の電極と第２の電極との間の仕事関数の差が大きくなる。
【００１１】
本発明の実施形態では装置はさらに、第１の表面および第２の表面を有する第３の基板部分を含む。ここでこの第３の基板部分の第１の表面および第２の表面は相互に反対の方向を向いている。第３の基板部分の第１の表面は、第２の基板部分の第２の表面上に配置されている。第２の基板部分の第１の領域の第２の表面上には、第３の仕事関数を有する材料から成る第３の電極が構成されている。第４の仕事関数を有する材料から成る第４の電極は、第３の基板部分の第１の領域の第１の表面の切り欠き内に構成されている。第４の仕事関数は第３の仕事関数とは異なる。第２の基板部分の第２の領域は、第３の基板部分の第２の領域に結合されている。第４の電極は第３の電極の方を向いており、かつ第３の電極と間隔があけられている。第３の電極と第４の電極は第２の負荷回路を介して導電性に相互に接続されている。
【００１２】
この第１の基板部分は有利には第２の材料から構成されている。ここでこの第２の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択される。この第２の基板部分は有利には第３の材料を有している。ここでこの第３の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択される。この第３の基板部分は有利には第４の材料を有している。ここでこの第４の材料は、ケイ素および酸化ケイ素から成るグループから選択される。第２の電極は有利には第５の材料から構成される。ここでこの第５の材料は、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択される。第３の電極は有利には第６の材料を含む。ここでこの第６の材料は、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択される。第４の電極は有利には第７の材料を含む。ここでこの第７の材料は、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択される。
【００１３】
本発明の別の側面では装置が提示される。ここで第１の電極は基板の第１の領域上に配置されており、第１の絶縁層は第１の電極と基板の間に配置されている。第２の電極は、基板の第２の領域上に配置されており、基板と間隔があけられている。柔軟な機械的な接続を介して第２の電極は基板に結合されている。第１の電極は固定的に基板と接続されている。第２の電極を、柔軟な機械接続を介して基板に結合することによって、装置へ振動を供給することで容易に負荷回路内に振動電流を印加することができる。
【００１４】
実施形態では装置はさらに、基板の第３の領域上に配置された第３の電極を含む。ここでこの第３の電極は第３の仕事関数を有する材料から構成される。この第３の仕事関数は、第２の仕事関数とは異なる。ここで第２の絶縁層が第３の電極と基板の間に配置されている。第２の電極と第３の電極は第２の負荷回路を介して導電性に接続されている。有利には第１の電極および第３の電極はケイ素から構成されている。第２の電極は有利には、白金、チタンおよびパラジウムから成るグループから選択される。
【００１５】
本発明の有利な実施形態の説明
図１は、本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の構造を示しており、
図２は、本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の断面図を示しており、
図３は、本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の断面図を示しており、
図４は、本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の平面図を示しており、
図５は、図４に示された、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の、方向ＡＢにおける断面を示しており、
図６は、図４に示された、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の、方向ＣＤにおける断面を示している。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の構造を示している。第１の仕事関数を有する材料から形成された第１の電極１および、第１の仕事関数とは異なる第２の仕事関数を有する材料から形成された第２の電極２は次のように配置されている。すなわち第１の電極１の表面が第２の電極２の表面に対向するように配置されている。第１の電極１の仕事関数と、第２の電極２の仕事関数が異なることによって、第１の電極１と第２の電極２から形成されたコンデンサは、組み込まれたバイアスを有している。第１の電極１と第２の電極２との間に導電性接続を形成する際に、第１の電極１と第２の電極２との間に、第１の電極１と第２の電極２の電位差に相応して電流が流れる。第１の電極１と第２の電極２は、第１の負荷回路３を介して導電性に相互に接続されており、第２の電極２は、第１の電極１に対向して可変の間隔で配置される。第１の電極１に対する第２の電極２の間隔の変化は、第１の電極１と第２の電極２から構成されたコンデンサの容量の変化を生じさせ、これによって第１の電極１と第２の電極２との間で電流が流れる。これは第１の負荷回路３によって電気的なエネルギーに変えられる。有利には、第１の電極１と第２の電極２の材料は次のように選択される。すなわち、第１の電極１の第１仕事関数と第２の電極２の第２の仕事関数の間の差ができるだけ大きくなるように選択される。例えば、第１の電極１はケイ素を有しており、第２の電極２は白金、チタンまたはパラジウムを有している。しかし、第１の電極１および第２の電極２を形成するために別の材料を使用することもできる。第１の電極１は、外部のシステムと固定的に結合可能であり、第２の電極２は外部システムに対して柔軟に配置されている。
【００１７】
ここで外部システムに、振動周波数を有する機械的な振動が供給されると、この第１の電極はこの振動周波数を有する機械的な運動を出力する。第２の電極２が外部システムに柔軟に結合されていることによって、第２の電極２はある程度の過渡振動時間の後に同じように、振動周波数を有する機械的な運動を出力する。柔軟な結合の強さに応じて第２の電極２の振動フェーズは、第１の電極１の振動に対して位相角度ぶんだけシフトされる。第１の電極１の振動と、第２の電極２の振動の間のこの位相ずれに基づいて、第１の電極１と第２の電極２との間の間隔が時間的に変えられ、これによって、第１の電極１と第２の電極２から構成されるコンデンサの容量が時間的に変化する。
【００１８】
有利には、第２の電極２の質量および外部システムと第２の電極２の結合強度は次のように選択される。すなわち、第２の電極２と柔軟な結合部から形成されたシステムの固有周波数が、供給された振動周波数に相当するように選択される。これによって第１の電極１と第２の電極２の間の間隔が周期的に変化し、第１の電極１と第２の電極２との間の間隔が時間的に変化することによって、時間的に平均して、誘導される電流の値は最大になる。外部システムは例えばモータであってよい。これは例えば振動し、これによって振動周波数を伴う機械的な運動が形成される。第１の負荷回路３に生じる電流が、蓄電池または他の類似の電気的エネルギー蓄積器に供給されてもよい。電圧を検出する手段４を介して、負荷回路３に加わっている電圧を検出することができる。
【００１９】
この装置は殊に有利である。なぜならこのコンデンサは第１の電極１と第２の電極２の異なる仕事関数によって、組み込まれたバイアスを有しているからである。これによって、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の運転開始前に、電荷が２つの電極のうちの１つにもたらされる。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に相応して機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の断面図を示している。第１の基板部分５の第１の領域内の第１の表面の切り欠き内には、第１の電極１が配置されている。ここでこの第１の電極は第１の仕事関数を有する材料から構成されている。第１の電極１は白金、チタン、パラジウムまたは他の適切な材料を含む。第１の基板部分５は有利にはケイ素または酸化ケイ素を含む。第１の基板部分５の第１の表面には、第２の基板部分６の第１の表面が配置されている。ここで第２の基板部分６の第２の領域は、第１の基板部分５の第２の領域に結合されている。第２の基板部分６はこれに加えて第２の表面を有している。ここでこの第２の表面は第２の基板部分６の第１の表面と反対の方を向いている。有利には、第１の基板部分５の第２の領域は固定して、第２の基板部分６の第２の領域に結合されている。この固定結合は、ウェハボンディング方法によって行われてよい。第２の基板部分６は有利にはケイ素または酸化ケイ素を含む。
【００２１】
第２の基板部分６は、第２の基板部分６の第１の領域と第２の基板部分６の第２の領域の間に中空空間７を有している。この中空空間７は例えば、エッチングによって形成されている。殊に第２の基板部分６の第１の表面に対して垂直な方向における中空空間７の寸法が第２の基板部分６の第１の領域と第２の基板部分６の第２の領域との結合強度を決める。しかし、第２の基板部分６の第１の表面に対して平行な方向における中空空間７の寸法が、第２の基板部分６の第１の領域と第２の基板部分６の第２の領域との結合強度に影響を与えてもよい。第２の基板部分６の第１の表面に対して垂直な中空空間７の寸法は例えばほぼ、第２の基板部分６の厚さの値である。従って、第２の基板部分６の第１の領域と第２の領域との間の結合強度は僅かである。中空空間７の寸法が、第２の基板部分６の第１の領域と第２の領域の間の異なる領域において異なっていてもよい。例えば、第２の基板部分６の第１の領域と第２の領域は、第２の基板部分６の多くの領域において相互に接続されていない、または第２の基板部分６の第１の領域および第２の領域は、第２の基板部分６の第１の表面ないし第２の表面の近傍においてのみ相互に接続される。これに対して択一的に、第２の基板部分６の第１の領域および第２の領域が、第２の基板部分６の第１の表面と第２の表面との間に配置されている第２の基板部分６の材料によってのみ接続されってよい。
【００２２】
第２の基板部分６の第１の領域は、コンデンサの第２の電極２をあらわしており、このコンデンサは第１の電極１および第２の電極２によって構成されている。第１の電極１と第２の電極２は、第２の基板部分６の第１の表面に対して垂直な方向において、間隔をあけて配置されており、第２の電極は、第１の仕事関数とは異なる第２の仕事関数を有する材料から構成されている。第１の電極１と第２の電極２は第１の負荷回路３を介して相互に導電性に接続されている。
【００２３】
第２の基板部分６の第２の表面上には、第３の基板部分９の第１の表面が配置されている。第３の基板部分９の第１の表面の第１の領域には、第３の材料から成る電極８が形成されており、ここでこの第３の材料は、第２の仕事関数とは異なる第３の仕事関数を有している。第２の電極２および第３の電極８は、第２のコンデンサの２つの電極を形成する。第３の電極は例えば白金、チタン、パラジウムまたは他の材料を含んでいてよい。第３の電極８は、第２の電極２とは、第３の基板部分９の第１の表面に対して垂直な方向において間隔をあけて配置されている。第３の基板部分９の第２の領域は、第２の基板部分６の第２の領域に結合されている。ここでこの第２の基板部分６の第２の領域は有利には固定して第３の基板部分９の第２の領域に結合されている。この固定結合は例えばウェハボンディング方法によって行われる。第２の電極と第３の電極８は、第２の負荷回路１０を介して相互に導電性に結合されている。
【００２４】
第１の基板部分５、第２の基板部分６および第３の基板部分９から構成されているシステム全体に、コンポーネントが第２の基板部分６の第１の表面に対して垂直に有している振動周波数を有する機械的な振動を与えると、この第２の電極２は、有る程度の過渡振動フェーズの後に、第２の基板部分６の第１の領域が第２の基板部分６の第２の領域に柔軟に結合されていることの結果、および第２の電極の質量慣性の結果、同じように、この振動周波数を伴う周期的な運動を出力する。第１の領域と第２の領域との間の結合強度に応じて、第２の電極２の振動のフェーズは、第１の電極１の振動に対して、位相角度ぶんだけシフトする。
【００２５】
第２の基板部分６の第１の領域と第２の領域の間の結合強度および第２の基板部分の第１の領域の質量を、ここから構成されているシステムの固有周波数がシステム全体に供給される振動周波数に相当するように選択されると、第２の電極２と第１の電極、ないし第３の電極８の間の間隔が周期的に変化し、第２の電極２と第１の電極１との間、ないしは第２の電極２と第３の電極８との間に電流が励起される。電圧をタップする第１の手段４を介して、負荷回路３に加わっている電圧が検出される。電圧を検出する第２の手段１９を介して、負荷回路１０に加わっている電圧を検出することができる。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態に相応して機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の断面図を示している。第１の基板部分５の第１の領域内の第１の表面の切り欠き内には、第１の電極１が配置されている。この第１の電極は第１の仕事関数を有する材料から構成されている。第１の基板部分５の第１の表面には、第２の基板部分６の第１の表面が配置されている。ここでこの第２の基板部分６の第２の領域は、第１の基板部分５の第２の領域に結合されている。第２の基板部分６はこれに加えて第２の表面を有している。ここでこの第２の表面は第２の基板部分６の第１の表面と反対の方を向いている。有利には、第１の基板部分５の第２の領域は固定して、第２の基板部分６の第２の領域に結合されている。この固定結合は、ウェハボンディング方法によって行われる。
【００２７】
第２の基板部分６は、第２の基板部分６の第１の領域と第２の領域の間で中空空間７を有している。この中空空間７は例えば、エッチングによって形成されている。
【００２８】
第２の基板部分６の第１の表面上には、第１の領域において第２の電極２が構成されている。第１の電極１と第２の電極２は、装置の第１のコンデンサの２つの電極をあらわしている。
【００２９】
第１の電極１と第２の電極２は、第２の基板部分６の第１の表面に対して垂直な方向において間隔をあけて配置されており、第２の電極２は、第１の仕事関数とは異なる第２の仕事関数を有する材料から構成されている。第１の電極１と第２の電極２は第１の負荷回路３を介して相互に導電性接続されている。
【００３０】
第２の基板部分６の第２の表面上には、第１の領域において、第３の仕事関数を有する第３の材料から成る第３の電極８が構成されている。
【００３１】
第３の基板部分９の第１の表面は、第２の基板部分６の第２の表面上に配置されている。
【００３２】
第３の基板部分９の第１の表面の第１の領域の切り欠き内には、第３の仕事関数とは異なる第４の仕事関数を有している材料から成る第４の電極１２が構成されている。第３の電極８と第４の電極１２は、装置の第２のコンデンサの２つの電極を構成している。第４の電極１２は、第３の電極８とは、第３の基板部分９の第１の表面に対して垂直な方向において間隔があけて配置されている。第３の基板部分９の第２の領域は、第２の基板部分６の第２の領域に結合されている。ここでこの第２の基板部分６の第２の領域は有利には固定的に第３の基板部分９の第２の領域に結合されている。この固定的な結合は、例えばウェハボンディング方法によって行われる。第３の電極８と第４の電極１２は第２の負荷回路１０を介して導電性に相互に接続されている。
【００３３】
第１の電極１、第２の電極２、第３の電極８および第４の電極１２は有利には白金、チタンまたはパラジウムから形成される。
【００３４】
図４は、本発明の実施形態に相応して、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の平面図を示している。第１の仕事関数を有する材料から成る第１の電極１は、基板１３の第１の領域上に構成されており、ここで第１の電極１の部分領域と基板１３との間に第１の絶縁層１４（図４には示されていない）が配置されている。第１の電極１は固定的に基板１３と接続されている。
【００３５】
第２の電極２は基板１３の第２の領域上に構成されており、ここでこの第２の電極２は基板１３と間隔を開けて配置されており、第２の電極２と基板１３との間には中空空間（図４には示されていない）が構成されている。第２の電極２は、第１の電極１の第１の仕事関数とは異なる第２の仕事関数を有する材料から構成されている。
【００３６】
基板１３の第３の領域には、第３の電極８が構成されている。ここでこの第３の電極８の部分領域と基板１３の間には第２の絶縁層（図４には示されていない）１５が配置されている。第３の電極８は、第２の電極２の第２の仕事関数とは異なる第３の仕事関数を有する材料から構成されている。第３の電極８は固定的に基板１３と接続されている。
【００３７】
第１の電極１は櫛の歯状構造体として構成されている。第１の電極１の部分領域から出発して、歯２０は第１の方向（ｙ）において延在している。第１の電極１の歯２０と基板１３との間には中空空間（図４には示されていない）が構成されている。
【００３８】
第２の電極２は二重櫛の歯構造を有しており、ここで第１の歯１８は、第２の電極２の部分領域から出発して、第１の方向（ｙ）と反対の第２の方向に沿って延在し、第２の歯２５は第２の電極２の部分領域から出発して、第１の方向（ｙ）に沿って延在する。
【００３９】
第１の電極１の歯２０および第２の電極２の歯１８は、相互にかみ合って配置されており、相互に間隔があけられている。
【００４０】
第２の電極２は、少なくとも１つの柔軟な導電性接続部材１７を介して基板１３に結合されている。第１の導電性柔軟接続部材１７−１と第２の導電性柔軟接続部材１７−２は、第２の電極２の相互に反対を向いている側の近傍に配置されている。第１の導電性柔軟接続部材１７−１と第２の導電性柔軟接続部材１７−２は、基板から間隔をあけて配置されており、第１の方向（ｙ）に沿って延在する。
【００４１】
第１の導電性柔軟接続部材１７−１の対向する終端部２１−１、２１−２は層２２を介して基板１３に結合されている。この層は、基板１３の第４の領域上で、かつ基板１３とは、第３の絶縁層１６（図４には示されていない）によって間隔があけられた第１の導電性の構造化された層である。
【００４２】
第２の導電性柔軟接続部材１７−２の対向する終端部２４−１、２４−２は層２３を介して基板１３に結合されている。この層は、基板１３の第５の領域上で、かつ基板１３とは、第４の絶縁層１１（図４には示されていない）によって間隔があけられた第２の導電性の構造化された層２３である。
【００４３】
第３の電極８は櫛の歯状構造体として構成されている。ここで第３の電極８の歯２６は第３の電極８の部分領域から出発して、第２の方向に沿って延在している。第３の電極８の歯２６と基板１３との間には中空空間（図４には示されていない）が構成されている。第３の電極８の歯２６および第２の電極２の第２の歯２５は相互にかみ合って配置されている。
【００４４】
第１の電極１と第２の電極２は第１の負荷回路３を介して相互に導電性に接続されている。第２の電極２と第３の電極８は第２の負荷回路１０を介して相互に導電性に接続されている。有利には第１の電極１および第３の電極８はケイ素から構成されている。第２の電極２は、有利には白金、チタン、パラジウムまたは他の適切な電極材料を含む。
【００４５】
基板１３、第１の電極１、第２の電極２および第３の電極８から構成されているシステムに、コンポーネントが第１の方向（ｙ）に対して垂直に、かつ基板１３の表面に対して平行に有している振動周波数を有する機械的な振動を与えると、この第２の電極２は、有る程度の過渡振動時間の後に、基板１３との柔軟な結合部１７の結果、および第２の電極２の質量慣性の結果、同じように、供給された振動周波数を伴う周期的な運動を出力する。しかし第２の電極２と基板１３との間の結合の強度に応じて、第２の電極２の振動のフェーズは、第１の電極１および第３の電極８の振動に対して位相角度ぶんだけシフトされる。
【００４６】
第２の電極２と基板１３との間の結合強度および第２の基板部分の第１の領域の質量を、これによって構成されているシステムの固有周波数がシステムに供給される振動周波数に相当するように選択されると、第２の電極２と第１の電極１、ないし第３の電極８の間の間隔が周期的に変化し、第２の電極２と第１の電極１との間、ないしは第２の電極２と第３の電極８の間に電流が励起される。
【００４７】
電圧を検出する手段４を介して、第１の負荷回路３に加わっている電圧を検出することができる。電圧１９を検出する第２の手段１９を介して、第２の負荷回路１０に加わっている電圧を検出することができる。
【００４８】
図５は、図４に示された、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の、方向ＡＢにおける断面を示している。第１の電極１の歯２０および第２の電極２の第１の歯１８は、第３の方向（ｘ）に沿って交互に配置されており、基板１３から間隔があけられている。第１の電極１の歯２０と第２の電極２の歯１８との間には中空空間が構成されている。第１の導電性柔軟接続部材１７−１と第２の導電性柔軟接続部材１７−２は、基板１３上の第２の電極２の相互に反対の方を向いている側の近傍に配置されている。ここで導電性柔軟接続部材１７−１、１７−２と基板１３との間に中空空間が構成されている。第１の構造化された導電性層２２は、第１の導電性柔軟接続部材１７−１の、第２の電極と反対の方を向いている側に配置されている。第１の構造化された導電性層２２と基板１３との間には第３の絶縁層１６が構成されている。第２の構造化された導電性層２３は、第２の導電性柔軟接続部材１７−２の、第２の電極２と反対の方を向いている側に配置されている。第２の構造化された導電性層２３と基板１３との間には第４の絶縁層１１が構成されている。
【００４９】
図６は、図４に示された、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の、方向ＣＤにおける断面を示している。基板１３の第１の領域上には第１の電極１が構成されている。ここで第１の電極１の部分領域と、基板１３との間には第１の導電性層１４が配置されている。第１の電極１の部分領域から出発して、第１の電極１の歯２０は第１の方向（ｙ）に沿って延在している。ここで歯２０は基板１３と間隔があけられている。
基板１３の第２の領域上には第２の電極２が配置されている。ここでこの第２の電極２は、基板１３と間隔をあけて配置されており、第２の電極２と基板１３との間には中空空間が構成されている。基板１３の第３の領域には第３の電極８が構成されている。ここでこの第３の電極８の部分領域と基板１３の間には第２の絶縁層１５が配置されている。第２の電極２の部分領域から出発して、第２の電極２の歯１８は、第１の方向（ｙ）と反対の方向に沿って延在し、ここで歯１８は基板１３との間には間隔があけられている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の構造
【図２】本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の断面図
【図３】本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の断面図
【図４】本発明の実施形態に相応して、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する装置の平面図
【図５】図４に示された、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の、方向ＡＢにおける断面
【図６】図４に示された、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置の、方向ＣＤにおける断面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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