(57)【要約】【課題】種々の環境振動に容易に対応するＭＥＭＳ振動素子を提供する。【解決手段】ベース部１と、ベース部１に固定された固定部２と、固定部２に対して可動する可動部３と、可動部３をベース部１に弾性支持する弾性支持部４とを備え、弾性支持部４は、固定部２および可動部３とは別材料で形成されているＭＥＭＳ振動素子。【選択図】図１
2019033631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部と、
前記ベース部に固定された固定部と、
前記固定部に対して可動する可動部と、
前記可動部を前記ベース部に弾性支持する弾性支持部とを備え、
前記弾性支持部は、前記固定部および前記可動部とは別材料で形成されている、ＭＥＭＳ振動素子。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ振動素子において、
前記弾性支持部は、前記固定部および前記可動部を構成する材料よりも破壊靭性値の高い材料で形成されている、ＭＥＭＳ振動素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳ振動素子において、
前記弾性支持部は金属で形成されている、ＭＥＭＳ振動素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＭＥＭＳ振動素子において、
前記弾性支持部は、破壊靭性値１０［ＭＰａ・ｍ１/２］以上の材料で形成されている、ＭＥＭＳ振動素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のＭＥＭＳ振動素子において、
前記固定部および前記可動部はシリコンで形成されている、ＭＥＭＳ振動素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のＭＥＭＳ振動素子において、
前記固定部と前記可動部は櫛歯構造を構成している、ＭＥＭＳ振動素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のＭＥＭＳ振動素子において、
前記弾性支持部は平板からなり、前記可動部と前記ベース部を結ぶ所定方向と直交する方向の幅が、少なくとも一部において前記所定方向の位置に応じて異なっている、ＭＥＭＳ振動素子。
【請求項８】
ベース部を形成すること、
固定部を形成すること、
可動部を形成すること、
前記固定部および前記可動部とは別材料で弾性支持部を形成すること、
前記弾性支持部の一方端を前記ベース部に接続すること、
前記弾性支持部の他方端を前記可動部に接続することとを含む、ＭＥＭＳ振動素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳ振動素子の製造方法において、
前記固定部および前記可動部の材料よりも破壊靭性値の大きな材料で前記弾性支持部を形成する、ＭＥＭＳ振動素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のＭＥＭＳ振動素子の製造方法において、
前記固定部の形成および前記可動部の形成をフォトリソグラフィで行う、ＭＥＭＳ振動素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＭＥＭＳ振動素子の製造方法において、
前記フォトリソグラフィにおいて、前記固定部、前記可動部およびそれらを結合する結合部を同一の基材から形成するとともに、
前記弾性支持部の一端を前記ベース部に接続し、かつ、前記弾性支持部の他端を前記可動部に接続した後に、前記結合部を除去して前記固定部と前記可動部を分離する、ＭＥＭＳ振動素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のＭＥＭＳ振動素子を備えるとともに、
前記固定部は固定電極を備え、
前記可動部は可動電極を備え、
前記固定電極または前記可動電極のすくなくとも一方は、表面にエレクトレットを有する、振動発電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ振動素子、ＭＥＭＳ振動素子の製造方法および振動発電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境振動からエネルギーを収穫するエナジーハーベースティング技術の一つとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動素子である振動発電素子を用いて環境振動から発電を行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。環境振動は様々な周波数帯を含んでいるが、振動発電を効果的に行うためには、振動発電素子の共振周波数を環境振動のパワースペクトルの大きな周波数である卓越周波数に合わせる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７２５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
卓越周波数は振動検出対象である環境に応じてそれぞれ異なる。しかし、従来の振動発電素子では、それを構成するＭＥＭＳ振動素子の弾性支持部が、可動電極を含む可動部と同じ材料で形成されていた。よって、弾性支持部の設計の自由度が低く、種々の卓越周波数に容易に対応できず、対応にコストや手間がかかるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によるＭＥＭＳ振動素子は、ベース部と、前記ベース部に固定された固定部と、前記固定部に対して可動する可動部と、前記可動部を前記ベース部に弾性支持する弾性支持部とを備え、前記弾性支持部は、前記固定部および前記可動部とは別材料で形成されている。
本発明の第２の態様によるＭＥＭＳ振動素子の製造方法は、ベース部を形成すること、固定部を形成すること、可動部を形成すること、前記固定部および前記可動部とは別材料で弾性支持部を形成すること、前記弾性支持部の一方端を前記ベース部に接続すること、前記弾性支持部の他方端を前記可動部に接続することとを含む。
本発明の第３の態様による振動発電素子は、第１の態様によるＭＥＭＳ振動素子を備えるとともに、前記固定部は固定電極を備え、前記可動部は可動電極を備え、前記固定電極または前記可動電極の少なくとも一方は、表面にエレクトレットを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、種々の環境振動に対応したＭＥＭＳ振動素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】振動発電素子の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は側断面図。
【図２】ＭＥＭＳ振動素子の製造工程の一例を示す側断面図であり、図２（ａ）は固定部をベース部へ接続する工程を、図２（ｂ）は弾性支持部を可動部に接続する工程を、図２（ｃ）は弾性支持部をベース部に接続する工程を示す。
【図３】固定部および可動部の形成過程の一例を示す図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図３（ｄ）は側断面図。
【図４】固定部および可動部の形成過程の変形例を示す図。
【図５】弾性支持部の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ振動素子の一例を示したものであり、振動発電素子１００に適用した場合の概略構成を示す図である。
図１（ａ）は、振動発電素子１００の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＢＢ線断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）中のＣＣ線断面図である。
【０００９】
振動発電素子１００は、矩形枠であるベース部１の一端側に設けられた固定櫛歯電極２と、ベース部１の他端に弾性支持部４で弾性支持され、固定櫛歯電極２に噛合するように設けられた可動櫛歯電極３とを備えている。振動発電素子１００は、外部からの振動により可動櫛歯電極３が固定櫛歯電極２に対して変位することにより電極間に発生する電荷を電力として利用する発電素子である。
【００１０】
振動発電素子１００は、後述するように種々の製造方法で製造されるが、少なくとも固定櫛歯電極２と可動櫛歯電極部３は、たとえばシリコンを基材としたＭＥＭＳ構造体として製造される。したがって、振動発電素子１００をＭＥＭＳ振動素子と呼ぶことができる。
【００１１】
実施形態の振動発電素子１００は、固定櫛歯電極２に対する可動櫛歯電極３の相対変位により発生する電荷を電力として利用する一例である。しかし、実施形態の振動発電素子１００は、固定電極に対する可動電極の相対変位により電荷を発生する構造の振動発電素子であればよく、互いに面で対向する平行平板型電極を利用した振動発電素子も実施形態の変形例として採用することができる。
振動発電素子１００については後で詳細に説明する。
【００１２】
以下、図面にしたがい、ベース部１、固定櫛歯電極２、可動櫛歯電極３、弾性支持部４による振動発電素子１００であるＭＥＭＳ振動素子について詳細に説明する。なお、ＭＥＭＳ振動素子は発電素子に限定されないので、以下では固定櫛歯電極２を固定部、可動櫛歯電極３を可動部として説明する。
【００１３】
固定部２および可動部３は、一例として櫛歯状の突起部を複数持ち、かつ一方の突起部と他方の突起部とが互いに隙間を介して歯合するように配置された、櫛歯構造を構成している。固定部２および可動部３は、一例としてエッチング加工性の良好な結晶性のシリコンで形成することができる。なお、その形成方法の詳細については後述する。
【００１４】
弾性支持部４は可撓性を有する長方形状の平板であり、その長辺方向は図中のｘ方向と一致し、その短辺方向は図中のｙ方向と一致するものとしている。弾性支持部４のｘ方向の一端には可動部３が接続され、弾性支持部４のｘ方向の他端はベース部１に接続される。すなわち、図中のｘ方向は、可動部３とベース部１を結ぶ方向とも一致している。
固定部２はベース部１に接続され、固定される。可撓性の弾性支持部４が撓み変形することにより、可動部３は固定部２に対し、概ね図中のｚ方向に相対移動可能となっている。
【００１５】
可動部３と弾性支持部４が形成する振動子の共振周波数ｆ[Ｈｚ]は、弾性支持部４のばね定数ｋおよび可動部３の質量ｍ[ｋｇ]に対し、次式（１）で表される。ばね定数ｋは、弾性支持部４のｚ方向の厚さをｔ[ｍ]、支点から荷重点までの距離（すなわち、弾性支持部４に沿ったベース部１から可動部３までのｘ方向の長さ）をＬ[ｍ]、幅寸法（すなわち、弾性支持部４のｙ方向の幅寸法）をｂ[ｍ]、ヤング率をＥ[Ｐａ]とすると、次式（２）で表される。
ｆ＝（１／２π）√（ｋ／ｍ）      …（１）
ｋ＝（Ｅｂ／４Ｌ３）ｔ３      …（２）
【００１６】
従って、式（１）および式（２）に基づいて、弾性支持部４の幅ｂや厚さｔおよびヤング率（剛性）Ｅを決定することで、共振周波数ｆを、所望の環境の卓越周波数に一致させることができる。
可動部３の質量が式（１）で必要とされる質量ｍに足らない場合には、質量調整用のおもりを可動部３に付加して所望の共振周波数を得ることもできる。
上述したとおり、固定部２、可動部３の形状は、上記の櫛歯構造に限定されない。例えば共に直方体形状で、そのうちの１つの平面同士が対向して向き合うような平行平板型の構成であっても良い。
【００１７】
その材質もシリコンに限定されるものではなく、他の半導体や誘電体または金属材料であってもよい。
ただし、シリコンは結晶材料であり、結晶の所定の面方位に沿ってのエッチング加工が容易であるという利点がある。
【００１８】
図２を用いて本例のＭＥＭＳ振動素子の製造方法について説明する。
図２（ａ）から図２（ｃ）は、図１（ａ）に示すＭＥＭＳ振動素子の完成品のＢＢ線断面での各部品の断面を示す図である。
（ベース部の形成）
フライス盤による機械加工、プレス加工、焼結またはフォトファブリケーション等により、長方形形状の枠部材であるベース部１を形成する。ベース部１の材質は、セラミックや金属であっても良く、結晶材料であっても良い。
【００１９】
（固定部および可動部の形成）
例えばフォトリソグラフィにより固定部２および可動部３を形成する。固定部２および可動部３の形成方法の詳細については、後述する。
（固定部のベース部への固定）
図２（ａ）に矢印で示したように、固定部２をベース部１の内側面の所定の位置に、接着、融着またはネジ止め等により接続する。
（弾性支持部の形成）
フライス盤による機械加工、プレス加工またはフォトファブリケーション等により、所定の厚さを有する平板部材である弾性支持部４を形成する。ここで弾性支持部４の材質、特に剛性（ヤング率）や、厚さおよび幅は、式（１）および式（２）に基づいて、弾性支持部４と固定部２からなる振動子の共振周波数が、所望の環境の卓越周波数と一致するように決定する。
【００２０】
（弾性支持部の形成）
図２（ｂ）に矢印で示したように、弾性支持部４の一端に可動部３、接着、融着またはネジ止め等により接続する。さらに、図２（ｃ）に示したように、一端に可動部３が接続されている弾性支持部４の他端を、ベース部１の上面の所定の位置に、接着、融着またはネジ止め等により接続する。
【００２１】
以上により、本例のＭＥＭＳ振動素子が製造できる。したがって、本例のＭＥＭＳ振動素子が製造方法は、ベース部の形成工程と、固定部および可動部の形成工程と、弾性支持部の形成工程と、弾性支持部への可動部の接続工程とを含む。
以上の製造工程における工程の順序は上記に限定されるものではなく、各部材の形成順および接続順は上記以外の順序であってもかまわない。上記製造工程中の接続とは、接着剤等による半永久的な固着でも良く、ネジ止め等による分離可能な固定であっても良い。
【００２２】
以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ振動素子およびその製造方法によれば、以下のような作用効果を奏する。
（１）ＭＥＭＳ振動素子１００は、ベース部１に固定された固定部２と、固定部２に対して可動する可動部３と、可動部３をベース部１に弾性支持する弾性支持部４とを備え、かつ弾性支持部４は固定部２および可動部３とは別材料で形成されている。そのため、弾性支持部４の設計や選択の自由度が向上し、所望の環境の卓越周波数に一致した共振周波数を持つＭＥＭＳ振動素子１００を簡単に実現できるという効果がある。
（２）ＭＥＭＳ振動素子の製造方法は、ベース部１を形成すること、固定部２を形成すること、可動部３を形成すること、固定部２および可動部３とは別材料で弾性支持部４を形成すること、弾性支持部４の一方端をベース部１に接続すること、弾性支持部４の他方端を可動部３に接続することとを含む。本実施形態のＭＥＭＳ振動素子の製造方法によれば、固定部２および可動部３とは別材料で弾性支持部４を形成するために、弾性支持部４の設計や選択の自由度が向上し、所望の環境の卓越周波数に一致する共振周波数を持つＭＥＭＳ振動素子を簡単に製造できるという効果がある。
【００２３】
なお、弾性支持部４の材料として、固定部２および可動部３を構成する材料よりも、衝撃や振動による破壊に対する耐久性の高い材料を選択することもできる。衝撃に対する耐久性の１つの指標としてはＫic試験法（ASTME399-90）で測定される破壊靭性値があり、すなわち弾性支持部４は、固定部２および可動部３を構成する材料よりも破壊靭性値の高い材料で形成することが望ましい。
【００２４】
なお、一般に金属材料はシリコン等の半導体材料よりも破壊靭性値が高いので、弾性支持部４は、アルミ合金やチタン合金、ステンレス等の金属で形成することが好ましい。
また、弾性支持部４は、破壊靭性値が１０［ＭＰａ・ｍ１/２］以上の材料で形成することが好ましい。
弾性支持部４を破壊靭性値の高い材料で形成することにより、衝撃や振動に対する耐久性がより高いＭＥＭＳ振動素子を実現できるという効果が得られる。
【００２５】
（固定部および可動部の具体的な形成方法）
図３を参照して、固定部２および可動部３の形成方法の一例について詳細に説明する。
本例では、固定部２および可動部３を、単結晶のシリコンウエハ１０からフォトリソグラフィにより形成する。
図３（ａ）は、シリコンウエハ１０の上面図であり、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）は、図３（ａ）のＤＤ線断面図である。
【００２６】
（固定部形成領域と可動部形成領域への紫外線照射）
シリコンウエハ１０の表面にフォトレジスト１１を塗布し、図３（ａ）、図３（ｂ）にハッチングで示す領域２ａ，３ａ、すなわち、固定部２および可動部３を形成すべきシリコンウエハ１０の上面の領域２ａ、３ａのフォトレジスト１１にのみに紫外線１２２、１２３を照射する。
【００２７】
（現像）
フォトレジスト１１を現像すると、図３（ｃ）に示すとおり紫外線１２２、１２３が照射された領域２ａ，３ａのみにフォトレジストが残留する。従って、形成すべき固定部２および可動部３の形状が、フォトレジスト１１２、１１３の形状としてシリコンウエハ１０上に転写される。
（エッチングによる固定部と可動部の形成）
フォトレジスト１１２、１１３をエッチングマスクとして、フッ素系のガスを用いたドライエッチングにより、シリコンウエハ１０のエッチングを行う。そして、エッチングの終了後に残存するフォトレジストを除去することで、図３（ｄ）に示すとおり、固定部２および可動部３が形成される。
【００２８】
なお、本例では、紫外線に感光した部分が硬化するネガティブトーン型のフォトレジストを使用したが、紫外線を照射する領域を反転することで、紫外線に感光した部分が溶解するポジティブトーン型のフォトレジストを使用することもできる。
図３中では、固定部２および可動部３およびそれらを形成すべき領域２ａ、３ａの大きさを誇張して描いているが、実際の大きさはシリコンウエハ１０の直径の数分の１から数１０分の１である。よって、１枚のシリコンウエハ１０から多数の固定部２および可動部３を形成することができる。
【００２９】
以上説明したＭＥＭＳ振動素子の製造方法によれば次のような作用効果が得られる。
従来は、ＭＥＭＳ振動素子をリソグラフィーで形成する場合には、本例の弾性支持部４に相当する部分もリソグラフィーで形成していた。このため、シリコンウエハ上に形成すべきＭＥＭＳ振動素子の総面積が大きくなり、従って１枚のシリコンウエハから形成されるＭＥＭＳ振動素子の数が少なくなり、結果として製造コストが高かった。
一方、本例においては、弾性支持部４は別の材料で形成するため、リソグラフィーによりシリコンから形成する部材は固定部２および可動部３のみである。このため、１枚のシリコンウエハ１０からより多くのＭＥＭＳ振動素子を形成でき、製造コストの低減が図れるという効果がある。
【００３０】
（ＭＥＭＳ製造方法の変形例１）
固定部２および可動部３の形成には、図４に示すような方法も適用可能である。
図４は、固定部２および可動部３の形成方法の変形例を示す図である。本変形例では、固定部２と可動部３は、結合部２０により結合された状態で形成される。具体的には、図３（ａ）に示したフォトリソグラフィにおいて、固定部２と可動部３が形成されるべき領域２ａ、３ａに加えて、結合部２０が形成されるべき領域（図３（ａ）では不図示であるが、図４の符号２０で示される領域）のフォトレジスト１１にも紫外線を照射する。以降は、図３に示したものと同様に現像、エッチングを行うことで、図４に示したとおり、固定部２と可動部３が結合部２０により結合された一体部２００が形成される。
【００３１】
本変形例の一体部２００を用いてＭＥＭＳ振動素子を製造する場合には、図３に示した製造工程の一部を変更する。
（一体部のベース部への固定）
一体部２００に含まれる固定部２をベース部１の内側面の所定の位置に接続し、その後、弾性支持部４を、その一端を一体部２００に含まれる可動部３に、その他端をベース部１の上面の所定の位置に、それぞれ接続する。
【００３２】
（結合部の除去）
一体部２００をベース部１へ固定した後、結合部２０を除去する。結合部２０の除去は、結合部２０部にレーザ光を照射することによる溶融や、結合部２０部への局所的なウエットエッチングによる溶解や、結合部２０部を局所的に酸化させた後のウエットエッチングによる溶解などにより行う。また、結合部２０は機械的な切断により除去することもできる。
結合部２０の除去は、結合部２０を完全に取り去る必要はなく、可動部３が固定部２に対して移動可能となるように、結合部２０の少なくとも一部が除去（切断）されされば良い。
【００３３】
本変形例のＭＥＭＳ振動素子の製造方法は、ベース部１の形成工程と、固定部２および可動部３が結合部２０で結合された一体部２００の形成工程と、弾性支持部４の形成工程と、一体部２００のベース部１への接続工程と、結合部２０の除去工程とを含む。
【００３４】
本変形例によるＭＥＭＳ振動素子の製造方法は次のような作用効果を奏する。
本変形例では、固定部２、可動部３およびそれを結合する結合部２０を同一の基材から一体的に形成し、これをベース部１および弾性支持部４と接続した後に、結合部２０を除去するものとした。従って、本変形例には、ＭＥＭＳ振動素子の製造工程において、固定部２、可動部３を一体的な部品（一体部２００）として扱うことができ、部品の搬送および組立ての工程を簡略化できるという効果がある。
【００３５】
なお、上記の各例においては、固定部２、可動部３および結合部２０は、シリコンウエハから形成するものとしたが、これらの部材を形成するための基材はシリコンウエハに限るものではない。例えば、サファイア等の他の結晶性の材料からなるウエハから形成することもできる。
【００３６】
また、上記の各例においては、弾性支持部４の形状は長方形状の平板であるとしたが、
弾性支持部４の形状は、これに限るものではない。例えば、図５に示す変形例のとおり、台形状としてもよい。
図５は、弾性支持部４の形状の変形例を示す図である。
図５（ａ）に示す弾性支持部４ａは、可動部３側の幅（図中のｙ方向の長さ）がベース部１側の幅よりも短い台形状である。一方、図５（ｂ）に示す弾性支持部４ｂは、可動部３側の幅がベース部１側の幅よりも長い台形状である。
【００３７】
弾性支持部４をこのように台形状とすることにより、弾性支持部４がベース部１を支点として振動する際に、弾性支持部４のベース部１の近傍部に生じる応力の集中を緩和することができる。
なお、上記の例の台形状の形状に限らず、弾性支持部４の図中のｙ方向（ｘ方向に直交する方向）の幅が、少なくとも一部において、図中のｘ方向（可動部３とベース部１を結ぶ方向）の位置に応じて異なっていれば、応力の緩和の効果が得られる。また、弾性支持部４の特にベース部１の近傍部の幅がｘ方向の位置に応じて異なることが望ましい。
【００３８】
このような変形例では、弾性支持部４のｙ方向の幅をｘ方向の位置に応じて異ならせることにより、弾性支持部４の振動時に発生する応力を緩和することができ、弾性支持部４およびＭＥＭＳ振動素子の耐久性を高めることができるという効果がある。
【００３９】
なお、以上の例においては、弾性支持部４および可動部３の振動方向は図１中のｚ方向であるとしたが、振動方向はこれに限るものではない。
例えば、弾性支持部４を図１中のｘｚ平面に並行な平板とし、弾性支持部４および可動部３が、図１中のｙ方向に振動する構成とすることもできる。
【００４０】
この場合、ベース部１の内側面に溝部を設け、この溝部に弾性支持部４の端部を差し込んで固定するとしてもよい。あるいは、弾性支持部４の端の一部を９０度折り曲げ、折り曲げた部分部をベース部１の内側面に接着等で接続しても良い。
固定部２および可動部３が櫛歯構造を構成する場合には、弾性支持部４が図１中のｙ方向に振動する構成においては、固定部２および可動部３もそれに合わせて、図１中のｘ方向を回転軸として９０度回転させて配置すると良い。
【００４１】
（振動発電素子）
以上説明したＭＥＭＳ振動素子を振動発電素子１００に適用した場合の一例について、図１を参照して説明する。
ＭＥＭＳ振動素子を振動発電素子１００に適用するには、固定部２の中の可動部３と対向する面に固定電極を形成し、可動部３の中の固定部２と対向する面に可動電極を形成し、固定電極または可動電極の少なくとも一方に、エレクトレットを形成する。
固定部２および可動部３を誘電体または電導度の低い半導体で形成した場合には、
双方の他方と対向する面に金属や多結晶シリコンや非晶質シリコン等の導電性の物質を成膜して、固定電極および可動電極を形成する。
【００４２】
一方、固定部２および可動部３を金属または電導度の高い半導体で形成した場合には、  固定部２および可動部３自体が固定電極および可動電極として機能するので、導電性の物質を別途設けなくてもよい。実施形態のようにシリコンを基材とする固定部と可動部はそれ自体が固定電極２，可動電極３である。さらに、実施形態のように固定部と可動部が櫛歯構造を構成する場合には、固定部と可動部はそれぞれ固定櫛歯電極２，可動櫛歯電極３となる。
【００４３】
固定部２上の固定電極、および可動部３上の可動電極のうちの少なくとも一方に、公知の帯電処理（例えば、特開２０１４−０４９５５７号公報に記載の帯電処理）を施すことによってエレクトレットを形成する。
なお、固定電極または可動電極の表面がシリコンでない場合には、帯電処理を施す前に表面に多結晶シリコンや非晶質シリコンを成膜しておく。
【００４４】
エレクトレット化により、固定部２上の固定電極または可動部３上の可動電極の少なくとも一方が半永久的に帯電する。この結果、エレクトレット化された電極と対向する電極（固定電極または可動電極の他方）には、エレクトレット化された電極とは逆特性の誘導電荷が誘起される。
そして、振動発電素子１００に外部から振動が加わると、弾性支持部４が撓んで可動部３がｚ方向に振動する。その結果、固定部２上の固定電極と可動部３上の可動電極との対向面積が変化し、エレクトレットによる誘導電荷も変化し、固定電極と可動電極との間の電位差が変化して起電力が発生することで、振動発電素子１００の発電が行われる。
【００４５】
図１に示すように、固定部２には不図示の固定電極と電気的に接続されたパッド５ａが設けられ、パッド５ａは導線７ａにより、ベース部１に設けられた電極６ａと電気的に接続される。一方、可動部３には不図示の可動電極と電気的に接続されたパッド５ｂが設けられ、パッド５ｂは導線７ｂにより、ベース部１に設けられた電極６ｂに電気的に接続される。
よって、固定部２上の固定電極と可動部３上の可動電極との間に生じた電位差は、ベース部１に設けられた電極６ａおよび電極６ｂに伝達され、電極６ａおよび電極６ｂから電力を外部に取り出すことができる。
【００４６】
なお、電力を効率良く外部に取り出すためには、電極６ａと電極６ｂは電気的に絶縁されていることが望ましい。このためには、ベース部１を絶縁材料で構成するか、ベース部１と電極６ａおよび電極６ｂの間に絶縁材料を設けることが望ましい。
また、導線７ｂは、可動部３および弾性支持部４の振動を極力妨げず、かつ良好な導電性と耐久性を確保するために、金、銀またはアルミニウムまたはそれらの合金から成る細線を用いることが望ましい
なお、弾性支持部４を金属等の導電性材料で形成した場合には、可動部３と弾性支持部４を電気的に導通する状態で接続することを前提に、パッド５ｂを上述の可動部３ではなく弾性支持部４に設けることもできる。特に弾性支持部４のベース部１の近傍にパッド５ｂを設けることで、弾性支持部４の振動時のパッド５ｂの移動量が低減されるため、導線７ｂの変形量も低減され、導線７ｂの耐久性が向上する。
【００４７】
なお、本例のＭＥＭＳ振動素子の用途は、上記のエレクトレットを用いた振動発電素子に限定されるものではなく、他の方式の振動発電素子に適用することも可能である。
例えば、本例のＭＥＭＳ振動素子の固定部または可動部の一方に永久磁石を設置し、他方には回路印刷技術等により金属細線から成るコイルを形成することで、電磁式の振動発電素子を構成することもできる。
また、なお、本例のＭＥＭＳ振動素子の用途は振動発電素子に限定されるものではなく、加速度センサーやマイクロフォン等の広範な用途に適用可能である。
【００４８】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１００…振動発電素子、１…ベース部、２…固定部、３…可動部、４…弾性支持部、２０…結合部、１０…シリコンウエハ
【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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