不使用磁鐵的高性能馬達（一）：可產生強靜電力的帶電體

帶電體構造1

帶電體構造2

　　第一個是以氧化絕緣體覆蓋半導體及金屬表面，實現帶電穩定化的球體。絕緣體的厚度可由驅動電壓來決定。

　　第二個是向絕緣體本身注入離子的球體。比如，使用石英及陶瓷球體，將離子注入其100nm以上的深處。這樣帶電體可透明，并可降低材料成本。

　　下面來考慮這兩種帶電體所使用的材料。首先，第一個球體采用表面由氧化物絕緣體覆蓋的構造，但用于封入電荷的氧化物絕緣體必須形成大的禁帶寬度（帶隙，Eg）。具體而言，禁帶寬度要達到6eV以上。

　　可以滿足這一條件的材料有Si（SiO₂のEg≒8eV)及Al（Al₂O₃のEg≒6eV）。其他候選項還有Ti及Zn，不過是否能夠封入電子還不得而知，因此在此不做討論。另外，Si及Al是豐富的材料，因此不存在資源問題。如果有用其他的能夠用SiO₂及Al₂O₃覆膜包裹金屬的技術的話，還有望擴大材料的選擇范圍。

　　在Si方面，現已證實其表面氧化后的構造具有可長期保持電荷的性能。如果是EEPROM，即使氧化膜的厚度為約3nm左右，也可保持電子封入狀態10年以上。因此，如果內部采用Si，并將SiO₂覆膜設定為100nm左右，便有望在10年間保持電子穩定封入的狀態。Si與SiO₂覆膜的組合也許是目前電子封入的最佳材料。制造帶電體時無需使用結晶物質。雖說一般認為帶電體對雜質也不敏感，但尚需要通過實驗加以確認。

　　下面來說一下Al，Al的氧化膜也為眾所周知的優質絕緣體。但在電子封入性能方面迄今并無研究，需要充分的驗證。

　　第二種絕緣體是注入離子的方法，但如上所述，可封入電荷的是石英及陶瓷等，并不適于像堿性玻璃那樣對電而言的低質材料。雖然離子注入深度盡管需要達到100nm以上，但離子的注入不會使絕緣體質量下降。

　　由于以往并無以無機物制造帶電體的嘗試，因此今后還要充分收集數據。利用石英及陶瓷制造帶電體，未必一定要制成球體，還可如下圖一樣制成自由形狀的帶電體。

可制成自由形狀的帶電體