[發明專利]一種MEMS振動能量收集與存儲的單片集成裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 201610128768.6
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN107170959B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 黃曉東;甘興鋒;黃見秋;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M10/0525;H01M10/0585;H01L41/113;H01L41/22;B81B7/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.一種MEMS振動能量收集與存儲的單片集成裝置，其特征在于：包括基底（1），所述基底（1）為L型懸臂梁結構，分為橫向自由面和縱向支撐部；在所述基底（1）上從下向上依次設置下絕緣層（2）、正極集流體層（31）、正極層（32）、固態電解質層（33）、硅負極層（34）、負極集流體層（35）、上絕緣層（4）、下壓電電極層（51）、壓電層（52）、上壓電電極層（53）；其中，所述硅負極層（34）正對基底（1）的橫向自由面設置，基底（1）的縱向支撐部正對位置沒有設置硅負極層，所述硅負極層（34）為厚度100 - 3000 nm的硅；

其中，所述正極集流體層（31）、正極層（32）、固態電解質層（33）、硅負極層（34）、負極集流體層（35）構成固態鋰離子電池，所述下壓電電極層（51）、壓電層（52）、上壓電電極層（53）構成壓電式振動能量收集器，所述固態鋰離子電池通過充電電路連接壓電式振動能量收集器。

2.如權利要求1所述的MEMS振動能量收集與存儲的單片集成裝置的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

A.選用N型(100) Si作為基底材料，通過熱氧化在基底材料的上表面和下表面形成SiO₂，位于基底材料上表面的SiO₂形成下絕緣層（2）；

B.通過濺射在下絕緣層（2）上表面形成TiN及Pt并光刻，形成正極集流體層（31）；

C.通過化學氣相沉積在正極集流體層（31）上形成2000 nm厚度的LiCoO₂并光刻，并進行退火使LiCoO₂結晶化，形成正極層（32）；

D.通過化學氣相沉積在正極層（32）上形成200 nm厚度的LiPON并光刻，形成固態電解質層（33）；

E.通過化學氣相沉積在固態電解質層（33）上形成200 nm厚度的Si并光刻，形成硅負極層（34）；

F.通過熱蒸發在硅負極層（34）上形成Cu并光刻，形成負極集流體層（35）；

G.通過化學氣相沉積在負極集流體層（35）上形成SiO₂并光刻，形成上絕緣層（4）；

H.通過濺射在上絕緣層（4）上形成Al并光刻，形成下壓電電極層（51）；

I.通過濺射在下壓電電極層（51）上形成一層200 nm厚度的PZT并光刻；

J.通過濺射在PZT上形成Al并光刻，形成上壓電電極層（53）；

K.對步驟（9）制備的PZT進行極化使其具備壓電特性，形成壓電層（52）；

L.通過雙面對準對位于基底材料的下表面的SiO₂進行光刻、開窗，以基底（1）下表面的SiO₂作掩膜并使用四甲基氫氧化銨試劑對基底進行選擇性各向異性濕法刻蝕，形成空腔；

M.對基底材料的上表面進行選擇性各向異性干法刻蝕，釋放MEMS懸臂梁結構，最終形成MEMS振動能量收集與存儲的單片集成裝置。