(57)【要約】【課題】  熱的安定性が高く、単位面積当たりの発電量が大きい振動発電素子を提供する。【解決手段】本発明によれば、第１電極と、第１電極に間隔をおいて対向する第２電極と、第１電極の、第２電極側に設けられた誘電体と、誘電体を有する第１電極を第２電極に対して平行に振動可能に支持する支持体とを備え、前記誘電体が自発分極を有する単結晶の酸化亜鉛である振動発電素子が提供される。【選択図】図１
2012205465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第１電極に間隔をおいて対向する第２電極と、
第１電極の、第２電極側に設けられた誘電体と、
誘電体を有する第１電極を第２電極に対して平行に振動可能に支持する支持体とを備え、
前記誘電体が自発分極を有する単結晶の酸化亜鉛である振動発電素子。
【請求項２】
前記誘電体がエピタキシャル膜のように自発分極の方向が揃った結晶により形成される請求項１に記載の振動発電素子。
【請求項３】
前記支持体が基板と弾性体とからなり、
第１電極が前記基板に搭載され、
前記基板がＳＯＩ基板である請求項１又は２に記載の振動発電素子。
【請求項４】
第１及び第２電極と前記支持体とを収容する容器をさらに備え、
前記容器の内側が真空又は不活性ガスもしくは絶縁性ガスで満たされている請求項１〜３のいずれか１つに記載の振動発電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動発電素子に関し、特に静電誘導型の振動発電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能なエネルギー技術やスマートグリッド技術が注目されている。例えば、再生可能なエネルギー技術として、圧電素子や太陽電池、熱電素子、電磁誘導などを利用して、運動エネルギーや光エネルギー、熱エネルギーなどを電力に変換するエネルギー・ハーベスティング（環境発電）技術が知られている。
【０００３】
これらのエネルギー・ハーベスティング技術のうち、製品に振動が伝わるような製品分野（例えば、回転機構を有する自動車分野や人が持ち運ぶ携帯機器分野）でエレクトレット方式（静電圧変換にエレクトレットを使用する方式）の振動発電素子が開発されている。例えば、振動子と、誘電分極板と、背面電極と、振動子（振動板）と背面電極間に振動面の変動に伴い誘導される誘導電荷測定手段とを備える機械電気変換素子が知られている（特許文献１参照）。このような振動発電素子は、携帯機器等のセンサーで消費される電力を供給する手段としてその活用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９８２９７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「マイクロ振動型エレクトレット発電器のための高性能フッ素ポリマーの開発」、日本機械学会Ｎｏ０８−０９  第３回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集、２００８年６月１９日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の振動発電素子は、エレクトレットとして、アモルファスフッ素樹脂（例えば、旭硝子製ＣＹＴＯＰ（登録商標））に電子を打ち込んだ材料を利用するものであるため、熱的安定性が低い（約１５０℃が限界）。このため、自動車分野での使用に適さない。また、単位面積当たりの発電量が小さく（例えば、１ｃｍ２当たり１０μＷ程度）、機器のセンサーを駆動するような電力を供給するには不十分である。このため、熱的安定性が高く、単位面積当たりの発電量が大きい振動発電素子の開発が望まれている。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、熱的安定性が高く、単位面積当たりの発電量が大きい振動発電素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、第１電極と、第１電極に間隔をおいて対向する第２電極と、第１電極の、第２電極側に設けられた誘電体と、誘電体を有する第１電極を第２電極に対して平行に振動可能に支持する支持体とを備え、前記誘電体が自発分極を有する単結晶の酸化亜鉛である振動発電素子が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、前記誘電体が酸化亜鉛で構成されているので、従来のアモルファスフッ素樹脂を利用した静電誘導型の振動発電素子と比較して、熱的安定性が高い。また、前記誘電体が自発分極を有する単結晶の酸化亜鉛で構成されているので、酸化亜鉛の自発分極により誘起される電荷量が大きい。このため、単位面積当たりの発電量が大きい振動発電素子が提供される。従って、この発明によれば、熱的安定性が高く、単位面積当たりの発電量が大きい振動発電素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動発電素子の上面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る振動発電素子において、ＳＯＩ基板にＺｎＯ層を形成した状態を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る振動発電素子において、ＳＯＩ基板にＺｎＯ層を形成した場合の層構成を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る振動発電素子のＺｎＯ層の作用を説明するための概念図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る振動発電素子の作用を説明するための概念図である。図６において、（１）は振動発電素子の電極が互いに正面を向いたときの図であり、（２）は振動発電素子の電極が左右にずれたときの図である。
【図７】本発明の実施形態に係る振動発電素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る振動発電素子の上面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る振動発電素子の断面図である。
【図１０】走査型ブローブ顕微鏡で実施例のＺｎＯ層を観察したときの、その表面の状態を示す図である。図１０において、（１）が表面形状像、（２）が振幅像、（３）が位相像である。また（４）はＺｎＯ層と基板の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明の静電誘導型の振動発電素子は、第１電極と、第１電極に間隔をおいて対向する第２電極と、第１電極の、第２電極側に設けられた誘電体と、誘電体を有する第１電極を第２電極に対して平行に振動可能に支持する支持体とを備え、前記誘電体が自発分極を有する単結晶の酸化亜鉛である。
【００１２】
ここで、単結晶の酸化亜鉛は、自発分極を有するが、単結晶で構成され、その結晶軸が揃っている。このため、第１電極に設けられた酸化亜鉛は、第１電極面内で同一方向に自発分極を有し、酸化亜鉛内で分極が相殺されない。従って、その自発分極により、効果的に電荷が誘起される。
また、前記支持体が基板と弾性体とからなり、第１電極が前記基板に搭載される形態であってもよいし、前記支持体が基板と弾性体とからなり、第２電極が前記基板に搭載される形態であってもよい。
以下、この発明の実施形態について説明する。
【００１３】
この発明の実施形態において、前記構成に加え、前記誘電体がエピタキシャル成長により形成されてもよいし、自発分極の方向が揃った配向膜により形成されてもよい。
【００１４】
このような形態であれば、酸化亜鉛は、自発分極の向きがそろい、酸化亜鉛内で分極が相殺されない。従って、その自発分極により、効果的に電荷が誘起される。
【００１５】
また、この発明の実施形態において、前記構成に加え、前記支持体が基板と弾性体とからなり、第１電極が前記基板に搭載され、前記基板がＳＯＩ基板であってもよい。
ここで、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）基板は、絶縁体層上にシリコン層（例えば、単結晶層）を形成された基板をいい、例えば、酸化シリコン膜上に単結晶シリコン層が形成された基板が該当する。いわゆるＳＩＭＯＸ法や貼り合わせで形成された基板であってもよい。
【００１６】
一般に半導体回路やセンサー等の素子の多くは、ＳＯＩ基板を用いて製造される。このため、このような形態であれば、センサー等の素子と一体的に振動発電素子を製造できる。従って、素子間を繋ぐ配線を縮小したり削除したりすることができる。これにより、その製造コストや重量を小さくできる。また、例えば振動発電素子で発電された電力のロスをより小さくできる。
【００１７】
なお、ここでいう弾性体には、例えば、弾性を有する樹脂で形成された樹脂層や樹脂で形成されたばねが該当する。
【００１８】
また、この発明の実施形態において、前記構成に加え、前記ＳＯＩ基板の最上層がシリコン層であるが、酸化亜鉛を成長させることによりSiO2膜が界面に形成される。その上に配向性が高く自発分極の向きが揃った酸化亜鉛を成長させた結晶であってもよい。また、アモルファスの電極上にも同様の酸化亜鉛を成長させた結晶でもよい。
【００１９】
このような形態であれば、上記で説明したように、センサー等の素子と一体的に振動発電素子を製造できる。また、前記誘電体が配向性良く自発分極が揃い、前記SiO2層上やアモルファスの電極上に形成されているので、前記誘電体を構成する酸化亜鉛はその自発分極により、効果的に電荷が誘起される。
【００２０】
前記誘電体を構成する酸化亜鉛にイオン等が付着すると、酸化亜鉛の自発分極が打ち消されることがあるが、この発明の実施形態において、前記構成に加え、第１及び第２電極と前記支持体とを収容する容器をさらに備え、前記容器の内側が真空又は不活性ガスで満たすことによって、振動発電素子の発電効率量をより向上させることができる。
【００２１】
次に、図面を用いて、実施形態に係る、静電誘導型の振動発電素子について説明する。
【００２２】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の一実施形態に係る振動発電素子の上面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。さらに、図３は、本発明の一実施形態に係る振動発電素子において、ＳＯＩ基板にＺｎＯ層を形成した状態を説明するための断面図であり、図４は、本発明の一実施形態に係る振動発電素子において、ＳＯＩ基板にＺｎＯ層を形成した場合の層構成を説明するための断面図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、この発明の実施形態に係る振動発電素子は、第１Ｃｒ電極２０と、ＺｎＯ層３０と、第１Ｃｒ電極２０と対向して設けられた第２Ｃｒ電極４０とを備えている。また、これらの構成は、シリコン基板１０又は耐熱ガラス基板５０に形成され、シリコン基板１０と耐熱ガラス基板５０とがスペーサ７０により所定の間隔を隔てて略平行に配置されている。
【００２４】
シリコン基板１０は、ＺｎＯ層３０と基板との間の絶縁性を確保するため、その表面が絶縁膜で被覆されている（図３参照。図３では、絶縁膜はシリコン酸化膜３２である）。このシリコン基板１０は、耐熱ガラス材料（例えば、パイレックス（登録商標））で構成されてもよく、振動発電素子の電荷を確保できる程度に絶縁性があれば、その表面に絶縁膜を設けなくてもよい。
【００２５】
また、シリコン基板１０は、図３及び図４に示すように、ＳＯＩ基板１５で構成されてもよい。例えば、シリコン酸化膜１１が形成され、このシリコン酸化膜１１上に形成された単結晶シリコン２２を有するシリコン基板１０で構成されてもよい。このような構成であれば、単結晶シリコン２２で半導体トランジスタやセンサー等を形成することができ、この実施形態の振動発電素子を半導体トランジスタやセンサー等と一体的に形成できる。このような構成はいわゆるＳＯＩ構造であり、周知のＳＩＭＯＸ（サイモックス：Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  ｏｘｉｄｅ）法や貼り合せＳＯＩ（ｂｏｎｄｉｎｇ  ＳＯＩ）により製造できる。
【００２６】
なお、この実施形態では、ＺｎＯ層３０と基板との間の絶縁性を確保するため、ＳＯＩ基板１５上にシリコン酸化膜３２が形成されているが（図３及び図４参照）、例えば、図４に示すＳＯＩ基板１５上に直接ＺｎＯ層３０を形成してもよい。
【００２７】
また、シリコン基板１０は、板状に形成され、図１及び図２で示すように、樹脂性のばね６０が設けられて、この基板表面方向に振動可能に構成されている。すなわち、シリコン基板１０は、耐熱ガラス基板５０にスペーサ７０を介して固定された固定部１０Ａと、振動部１０Ｂとで構成され、固定部１０Ａと振動部１０Ｂとが樹脂性のばね６０で連結されている。
【００２８】
ばね６０は、ヤング率が小さく降伏ひずみが大きい材料であればよく、この実施形態ではパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）樹脂で形成されている。このようなばねは、シリコン基板１０に深溝をエッチングにより形成した後、形成された溝を埋めるようにパリレンを成膜し、その後上記深溝の反対側からエッチングすることによりばねを形成することができる。上記深溝を鋳型にして振動に適した構造（例えば、コイルばね、板ばね）を形成できる。
【００２９】
また、ばね６０は振動方向を考慮して配置される。例えば、シリコン基板１０の振動部１０Ｂの端部に少なくとも２箇所設けられ、固定部１０Ａの端部に接続される。図１に示す実施形態の場合、図１のＡ−Ａ線方向（Ｘ方向）に振動部１０Ｂが振動するようにＡ−Ａ線上の端部に２箇所配置している。このように振動発電素子が変換する振動に応じて適宜その位置を決定する。例えば、図１に示すＹ方向の端部に配置してもよい。
【００３０】
一方、耐熱ガラス基板５０は、スペーサ７０を介してシリコン基板１０の固定部１０Ａを一定の位置に規制するとともに、シリコン基板１０と略平行に対向する。この耐熱ガラス基板５０には、例えば、コーニングガラス社のパイレックスガラス（Pyrex glass：登録商標）を用いる。この基板にはガラスのほか、シリコン基板を用いてもよいが、耐熱ガラス基板５０と対向して配置され、ばね６０により振動する基板（この実施形態ではシリコン基板１０）と、その機械特性の違いを考慮してその材料を選択する。
【００３１】
なお、スペーサ７０は、耐熱ガラス基板５０とシリコン基板１０を略平行に保つため、好ましくは、その大きさ（厚み）が均一に形成される（例えば、スペーサ７０は図１及び２の左右で同じ厚みに形成されるとよい）。例えば、スペーサ７０には所定の粒径のガラスビーズを用いる。
【００３２】
第１Ｃｒ電極２０は、図１及び図２に示すように、シリコン基板１０の振動部１０Ｂ上に形成され、後述するＺｎＯ層３０に誘起された電荷を集める機能を果たす。その機能から、第１Ｃｒ電極２０の位置は、シリコン基板１０の振動部１０Ｂの振動と連動して動作する位置であればよく、例えば、第１Ｃｒ電極２０は、シリコン基板１０の振動部１０Ｂに固定され、振動部１０Ｂと同じ振動をするように構成される。その形状は特に限定されないが、図１に示すように、櫛歯状に形成するとよい。櫛歯を構成する電極間の隙間を振動部１０Ｂの振幅の最大量に対応させることにより、後述するＺｎＯ層３０に誘起された電荷を集めやすくなる。
【００３３】
また、第１Ｃｒ電極２０は、電極として機能すればよいので、その材料は特に限定されない。この実施形態のように、Ｃｒを材料としてもよいが、ＡｌやＴｉを材料としてもよい。
【００３４】
なお、図３では、電極を省略して膜構成を示している。また、図４では、電極が形成される層はＳＯＩ基板１５の単結晶シリコン２２である。この層上かつシリコン酸化膜３２上に電極を形成する。
【００３５】
ＺｎＯ層３０は、振動により電荷が誘起される層として機能する層であり、自発分極の方向が揃ったＺｎＯである。この実施形態では、ＣＶＤ法により第１Ｃｒ電極２０上にＺｎＯを配向性良く、かつ自発分極の方向を揃えて成長させる。この層の機能について図を用いて説明する。
【００３６】
図５は、本発明の一実施形態に係る振動発電素子のＺｎＯ層の作用を説明するための概念図である。図５に示すように、ＺｎＯ層３０は下側の表面から上側の表面に向かって分極している。図５に矢印で示すように、ＺｎＯ層３０はその分極の方向が下側から上側に向かって揃っており、かつ左右方向においても均一に分極している。ＺｎＯが配向性良く成長し、成長方向が均一であれば、自発分極の方向が均一に生じる。このため、ＺｎＯ層３０内で分極が相殺される現象が生じにくい。従って、ＺｎＯを配向性良く、かつ自発分極の方向を揃えて成長させることにより、分極が効率的に行われ、ＺｎＯ層３０は振動により電荷が誘起される層として、より効果的に機能することになる。
【００３７】
また、ＺｎＯは、結晶構造に由来して自発分極を起こす性質を有するので、上記で説明した分極は、自発分極により生じる。このため、従来のアモルファスフッ素樹脂（例えば、旭硝子製ＣＹＴＯＰ（登録商標））のように、ＺｎＯ層３０に電子を打ち込む必要がない。従来のアモルファスフッ素樹脂の場合、その構造（電子を打ち込む構造）により熱的安定性が十分でなかったが、この実施形態のＺｎＯ層３０の場合、例えば１０００℃という高温でも熱的に安定である。従って、自動車分野での使用（例えば、乗用車の室内やエンジン周辺での使用）であっても、この実施形態の振動発電素子は安定して振動を電力に変換できる。
【００３８】
また、ＺｎＯは、その自発分極により誘起される電荷が大きい。例えば、従来の旭硝子製ＣＹＴＯＰ（登録商標）は０．１μＣ／ｃｍ2であるところ、ＺｎＯは３．０〜５．０μＣ／ｃｍ2もの電荷を誘起する。この電荷量は従来の３０〜５０倍に相当し、振動発電素子の発電量に換算すると、９００〜２５００倍に達する（ここで、電荷量は表面電位に比例し、発電量は表面電位の二乗に比例するとして換算した）。このため、この実施形態の振動発電素子は従来比で約１０００倍以上の発電量を得ることができる。
【００３９】
このようなＺｎＯ層３０は、第１Ｃｒ電極２０上にその電極とほぼ同じ大きさに形成する。例えば、図１に示すように、第１Ｃｒ電極２０の櫛歯部分の大きさとほぼ同じ大きさに形成する（図３において長鎖線で示すＺｎＯ層３０を参照）。その厚さは特に制限されないが、自発分極の向きが揃っている状態が良い。
【００４０】
第２Ｃｒ電極４０は、第１Ｃｒ電極２０と同様に、第１Ｃｒ電極２０及びＺｎＯ層３０と対向して、振動によりＺｎＯ層３０に誘起された電荷を集める機能を果たす。このような機能を果たすため、第２Ｃｒ電極４０は、振動発電素子が振動しない状態で、第１Ｃｒ電極２０とほぼ同じ大きさに形成する。例えば、図１に示すように、第１Ｃｒ電極２０を櫛歯状に形成した場合、櫛歯を構成する電極間の隙間を振動部１０Ｂの振幅の最大量に対応させて第１Ｃｒ電極２０の電極幅とほぼ同じ幅で形成する。
【００４１】
また、第２Ｃｒ電極４０は、第１Ｃｒ電極２０と同様に、電極として機能すればよいので、その材料は特に限定されない。例えば、Ｃｒのほか、ＣｕやＡｌを材料としてもよい。第２Ｃｒ電極４０を形成する基板（例えば、耐熱ガラス基板５０）に形成しやすい材料を選択するとよい。
【００４２】
次に、この実施形態の振動発電素子の動作について説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る振動発電素子の作用を説明するための概念図である。図６において、（１）は振動発電素子の電極が互いに正面を向いたときの図であり、（２）は振動発電素子の電極が左右にずれたときの図である。
ここで、図６では、図１のＺｎＯ層と第１Ｃｒ電極の組合せに相当する構成を「電極」と表現し、第２Ｃｒ電極に相当する構成を「対向電極」と表現している。
【００４３】
図６（１）に示すように、振動発電素子の電極（第１Ｃｒ電極及び第２Ｃｒ電極）が互いに正面に向き合うと、ＺｎＯ層に誘起される電荷が最大となる。このとき、第１Ｃｒ電極と第２Ｃｒ電極とが重畳しかつＺｎＯ層がこれらと重畳する面積に応じた電荷が第１Ｃｒ電極及び第２Ｃｒ電極に集まる。
【００４４】
次に、図６（２）に示すように、振動発電素子の振動部１０Ｂが振動し（図６（２）では右に移動し）、これらの電極が左右にずれると、第１Ｃｒ電極、第２Ｃｒ電極及びＺｎＯ層が互いに重畳する面積が小さくなる。このため、上記の図６（１）で電極に集まった電荷は、電極から抵抗４１又は配線２１の方向に流れる。従って、図６の振動発電素子において矢印２５の間に電流が流れる。
【００４５】
図６（１）に示す振動発電素子の電極が互いに正面に向き合う状態と図６（２）に示す振動発電素子の電極が左右にずれる状態とが繰り返されることにより、すなわち、振動発電素子の振動部１０Ｂが振動することにより、振動発電素子に電流が流れる。このようにして、振動発電素子が動作して、振動を電力に変換する。
【００４６】
〔製造方法〕
次に、この実施形態に係る振動発電素子の製造方法を説明する。図７は、本発明の実施形態に係る振動発電素子の製造方法を説明するための工程図である。
まず、シリコン基板１０の一方の面（図７における下面）に、シリコン酸化膜１１、シリコン２２、シリコン酸化膜３２の順で成膜する（図７（１）参照）。次に、シリコン酸化膜１１等が成膜された面と逆の面（図７における上面）に深溝６１をエッチングにより形成する（図７（２）参照）。この深溝は、後述するパリレンのばね６０の鋳型となる。次に、シリコン基板１０の深溝が形成された面にパリレン６２を成膜する（図７（３）参照）。これにより、形成された溝をパリレン６２で埋める。次に、パリレン６２が成膜された面と逆側の面（図７における下面）に、第１Ｃｒ電極２０及びＺｎＯ層３０を形成する（図７（４）参照）。ここで、深溝内側は、上記で説明した振動部１０Ｂに相当し、深溝外側は、固定部１０Ａに相当する。次に、深溝６１とその近傍における、パリレン６２、シリコン基板１０、シリコン酸化膜１１、シリコン２２及びシリコン酸化膜３２をエッチングし、ばね６０を作製する（図７（５）参照）。これにより、シリコン基板１０は、固定部１０Ａとばね６０に連結された振動部１０Ｂで構成されることになる。これによりシリコン基板１０側の加工が終了する。
【００４７】
一方で、ガラス基板５０側では、その表面に第２Ｃｒ電極４０を形成する。第２Ｃｒ電極４０はシリコン基板１０側の第１Ｃｒ電極２０に対応する位置に配置する。ガラス基板５０に第２Ｃｒ電極４０を形成した後、ガラス基板５０の第２Ｃｒ電極４０が形成された面にスペーサ７０を形成する。スペーサ７０は、接着樹脂にガラスビーズ等を混入させて構成する。これによりガラス基板５０側の加工が終了する。
【００４８】
次に、シリコン基板１０側と耐熱ガラス基板５０側の構造物の形成が終わると、これらの基板を接合する。すなわち、シリコン基板１０と耐熱ガラス基板とを電極等の構造物が対向するように接合する（図７（６）参照）。上記で説明したスペーサ７０の接着樹脂を硬化させることにより、実施形態１に係る振動発電素子が完成する。
【００４９】
なお、この実施形態では、シリコン基板１０上に第１Ｃｒ電極２０を形成する形態を説明したが、シリコン基板１０をＳＯＩ基板１５に替えて構成し、シリコン酸化膜でＺｎＯ層を挟む構成（すなわち、シリコン酸化膜、ＺｎＯ層、シリコン酸化膜の順で積層する構成）の場合、ＺｎＯ層をＣＶＤ法で成膜し、ＺｎＯ層上のシリコン酸化膜はスパッタ法により成膜する。
【００５０】
〔実施形態２及び３〕
ＺｎＯ層の自発分極は大気中のイオン等により打ち消され、振動発電素子に誘起された電荷が減少することがある。ＺｎＯ層における大気中のイオン等による電荷の減少を解決するため、ＺｎＯ層表面がさらされる雰囲気を調整してもよい。この実施形態について説明する。
【００５１】
図８は、本発明の他の実施形態に係る振動発電素子の上面図である。図８に示すように、この実施形態に係る振動発電素子は、実施形態１で説明した構成と各構成は同じであるものの、ＺｎＯ層表面がさらされる雰囲気が異なっている。すなわち、実施形態２に係る振動発電素子は、固定部１０Ａと振動部１０Ｂとを連結する樹脂性のばね６０が固定部１０Ａと振動部１０Ｂの間の間隙を埋めるように配置されている。また、耐熱ガラス基板５０にシリコン基板１０の固定部１０Ａを固定するスペーサ７０は、耐熱ガラス基板５０とシリコン基板１０の固定部１０Ａの外周部を囲むように配置されている。このため、耐熱ガラス基板５０、シリコン基板１０、樹脂性のばね６０及びスペーサ７０が、第１Ｃｒ電極２０、第２Ｃｒ電極４０、ＺｎＯ層を収容する、いわば容器を構成している。これにより、耐熱ガラス基板５０とシリコン基板１０との間の空間、ずなわち、ＺｎＯ層表面がさらされている空間が大気から隔離されるように構成されている。この実施形態では、この空間を真空にしているので、ＺｎＯ層の自発分極は大気中のイオン等により打ち消されにくい。このため、この実施形態では、ＺｎＯ層に誘起される電荷が減少しにくく、振動発電素子の発電効率量をより向上されることができる。
【００５２】
なお、実施形態２では、上記空間を真空にする形態を挙げて説明したが、この空間を不活性ガスや絶縁性ガスで満たしてもよい。例えば、絶縁性ガスのＳＦ6でこの空間を満たしてもよい。また、耐熱ガラス基板５０とシリコン基板１０との間の空間を樹脂性のばね６０とスペーサ７０を用いて隔離する形態を説明したが、振動発電素子が設置される設置箇所を真空にしたり不活性ガスのＡｒや絶縁性ガスのＳＦ6で満たしたりして大気から離隔してもよく、例えば、実施形態１に係る振動発電素子をチャンバー内に設置して使用してもよい。
【００５３】
以上の実施形態で示した種々の特徴は、互いに組み合わせることができる。１つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合、そのうちの１又は複数個の特徴を適宜抜き出して、単独で又は組み合わせて、本発明に採用することができる。例えば、図９は、本発明の他の実施形態に係る振動発電素子の断面図であるが、図９に示す形態のように、振動発電素子の耐熱ガラス基板５０に固定部と振動部とを設けてもよい。
【００５４】
〔実施例〕
次に、この発明の実施形態に係るＺｎＯ層の実施例について説明する。この実施例では、基板にＹＳＺを用い、このＹＳＺ上にＺｎＯを成膜した。成膜にはＰＬＤ法を用いた。成膜の条件は、ターゲット：ＺｎＯセラミック、温度（Ｔs）：６００℃、Ｏ2分圧：１×１０-5Ｔｏｒｒ、レーザー繰り返しレート：５Ｈｚ，レーザー出力：０．２Ｊ／ｃｍ2、レート：５ｎｍ／４１６ショットとした。この条件で成膜したＺｎＯ（膜厚：５ｎｍおよび２０ｎｍ）の走査型非線形誘電率顕微法による自発分極方向を測定したものを図１０に示す。図１０は図の下部にあるグラフは自発分極の方向の割合を示すものである。
図１０において、（１）５ｎｍ、（２）が２０ｎｍである。また（３）はＺｎＯ層と基板の構成を説明するための断面図である。
【００５５】
図１０に示すように、成膜されたＺｎＯは、その自発分極が均一であり、プラス方向の分極しか観察されていない。従って、この図から、成膜されたＺｎＯはすべて上方向を向いていることがわかる。
【００５６】
ＺｎＯの自発分極の向きの制御方として、膜厚制御がある。この実施例では５ｎｍの膜厚のＺｎＯ層を示したが、さらに厚い膜厚（例えば、２０ｎｍ）でも自発分極の方向が揃っていた。しかし、５ｎｍの膜厚のＺｎＯ層よりも２０ｎｍの膜厚のＺｎＯ層の方ではマイナス方向の自発分極の割合が増大している。このことから、この発明における実施形態におけるＺｎＯ薄膜は自発分極の向きにばらつきが生じない５ｎｍの薄膜を用いる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  シリコン基板  （基板）
１１  シリコン酸化膜
１５  ＳＯＩ基板（基板）
２０  第１Ｃｒ電極（第１電極）
２２  単結晶シリコン
３０  ＺｎＯ層
３１  シリコン酸化膜
３２  シリコン酸化膜
４０  第２Ｃｒ電極（第２電極）
５０  耐熱ガラス基板
６０  ばね（弾性体）
【図１】
2012205465.tif 000003
【図２】
2012205465.tif 000004
【図３】
2012205465.tif 000005
【図４】
2012205465.tif 000006
【図５】
2012205465.tif 000007
【図６】
2012205465.tif 000008
【図８】
2012205465.tif 000009
【図９】
2012205465.tif 000010
【図７】
2012205465.tif 000011
【図１０】
2012205465.tif 000012