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600℃の高温と強いγ線照射に耐える流体式情報処理集積回路の研究

Research Project

Project/Area Number 14750041
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied physics, general
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

高尾 英邦  豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (40314091)

Project Period (FY) 2002 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2002: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Keywords信号処理回路 / 微小電子機械システム(MEMS) / マイクロマシン / 流体式集積回路 / 超高温環境 / 放射線環境 / Fluidics / マイクロバルブ
Research Abstract

人類が近づくことのできない過酷な宇宙空間や原子炉内外における作業機械を将来開発するならば、500℃以上の超高温や強烈なγ線など、非常に厳しい環境下で動作する情報処理回路が必要である。本研究は、電子の代わりに流体を信号伝達媒体とし、電気-流体間の相似性を利用した集積回路をマイクロマシン技術で形成して、極限環境おける情報処理を可能とするものである。最終年度となるH16年度は、流体式集積回路の大規模化設計に向けた適用技術と、耐環境応用に重点を置いて研究を実施した。
1.流体式集積回路の大規模化適用設計技術
これまで、要素的な流体式集積回路の実現と動作特性の解明を行うべく、マイクロバルブ単体における小信号等価回路モデルの構築、動作特性の解明を行ってきた。多数のマイクロバルブを集積化する大規模流体集積回路の形成にあたっては、マイクロバルブのみならず、それらを相互に接続するマイクロ流路に関係する寄生パラメータのモデル化が重要となる。本研究では、回路配線にあたる微小流路を抵抗と容量でモデル化し、寄生素子の影響を踏まえた回路レベルの動作解析を行なった。RC遅延モデルで解析した回路特性は実測結果と良い一致を示し、大規模回路の設計で重要な信号伝搬遅延に関する基本的な解析手法を見いだすことに成功した。
2.流体式集積回路の耐環境応用
流体式集積回路は、過酷な環境下において高い特性安定性が期待される。耐環境用途において代表的技術であるSOI-CMOSとの放射線耐性を比較し、流体式集積回路の可能性を検証した。ドーズ量10^<15>cm^<-2>の放射線を照射したSOI-MOSFETにおいては、OFFリーク電流が2桁以上増加し、スイッチング特性が大幅に劣化した。一方で、シリコンの機械特性を利用するマイクロバルブはその影響を殆ど受けず、これまでに確立した技術を用いて高い耐環境性を有する情報処理回路を実現できる可能性が見いだされた。
以上の結果より、大規模化を可能とする流体回路の実現に関する基本技術の実証実験を行うことができた。また、本技術を用いた耐環境情報処理集積回路の実現にむけて、従来技術であるSOI-CMOSとの比較を行うことができた。従来にない高い耐環境性を有する画期的集積回路技術の実現可能性を見いだした。

Report

(3 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • 2002 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2005 2004 2002 Other

All Journal Article (6 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) Publications (12 results)

  • [Journal Article] A MEMS Microvalve with PDMS Diaphragm and Two Chamber Configuration of Thermo-Pneumatic Actuator for Integrated Blood Test System on Silicon2005

    • Author(s)
      H.Takao, K.Miyamura, M.Ashiki, H.Ebi, K.Sawada, M.Ishida
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A (In Print)

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  • [Journal Article] MEMS-Based High Dose Radiation Resistant SOI Pressure Sensor for Aerospace Applications2005

    • Author(s)
      K.I.Lee, M.M.Nayak, H.Takao, K.Sawada, M.Ishida, K.Rajanna
    • Journal Title

      Sensors and Materials (In Print)

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] SOI-CMOS Precision Front-End Amplifier for Wide Range and High Temperature (200℃) Operation of Smart Microsensors2004

    • Author(s)
      H.Takao, F.Ina, T.Douzaka, K.Sawada, M.Ishida
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A Vol.112, No.2-3

      Pages: 388-394

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  • [Journal Article] Thermal Response Analysis of a Temperature Controlled Three-axis Accelerometer for High Temperatures with Integrated Microheaters and Temperature Sensors2004

    • Author(s)
      K.I.Lee, H.Takao, K.Sawada, H.D.Seo, M.Ishida
    • Journal Title

      Proceedings of Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology (APCOT MNT 2004) Vol.3-1

      Pages: 449-452

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fabrication of the High Temperature Silicon Pressure Sensor2004

    • Author(s)
      Y.T.Lee, H.Takao, M.Ishida
    • Journal Title

      Proceedings of Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology (APCOT MNT 2004) Vol.3-2

      Pages: 749-752

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  • [Journal Article] MEMS Based High Dose Radiation Resistant SOI Pressure Sensor2004

    • Author(s)
      K.I.Lee, M.M.Nayak, H.Takao, K.Sawada, M.Ishida
    • Journal Title

      Proceedings of Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology (APCOT MNT 2004) Vol.3-2

      Pages: 1317-1321

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      2004 Annual Research Report
  • [Book] MEMS/NEMS Handbook : Techniques and Applications, Chapter 4, "Novel MEMS Fluidic Integrated Circuit Technology with 'MOSFET-Like Microvalve Elements'"2005

    • Author(s)
      H.Takao, M.Ishida
    • Total Pages
      29
    • Publisher
      Kluwer Academic Publishers
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      2004 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 半導体微小流体制御素子およびそれを用いた半導体微小流体制御回路2002

    • Inventor(s)
      高尾 英邦, 石田 誠
    • Industrial Property Rights Holder
      科学技術振興事業団
    • Filing Date
      2002-12-18
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      2004 Annual Research Report
  • [Publications] H.Takao, F.Ina, T.Douzaka, K.Sawada, M.Ishida: "SOI-CMOS Precision Front-End Amplifier for Wide Rome and High Temperature Operation of Smart Microsensors"Sensors and Actuators A (Physical). (in print). (2004)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] M.Ishida, H.Takao: "Microsensor Systems for High Temperature Environment Based on SOI Technology"Journal of The Surface Finishing Society of Japan. Vol.55 No.1. 10-16 (2004)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] H.Takao, K.Sawada, M.Ishida: "A Design Methodology and Experimental Verification of Microvalve Integrated Circuits"2004 National Convention Record of IEE Japan. Vol.3. 191 (2004)

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  • [Publications] K.Lee, H.Takao, K.Sawada, M.Ishida: "Analysis and Experimental Verification of Thermal Drift in a Constant Temperature Control Type Three-Axis Accelerometer for High Temperatures with a Novel Composition of Wheatstone Bridge"The 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (IEEE MEMS2004). 241-244 (2004)

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  • [Publications] H.Takao, M.Ishida: "Micro Fluidic Integrated Circuits for Signal Processing Using Analogous Relationship between Pneumatic Microvalve and MOSFET"IEEE/ASME Joint Publication Journal of Microelectromechanical Systems. Vol.12 No.4. 497-505 (2003)

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  • [Publications] K.Lee, H.Takao, K.Sawada, M.Ishida: "Analysis of Thermal Drift of A Constant Temperature Control Type Three-Axis Accelerometer for High Temperatures"IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines. Vol.123 No.12. 583-587 (2003)

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  • [Publications] H.Takao, M.Ishida: "Micro Fluidic Integrated Circuits for Signal Processing Using Analogous Relationship between Pneumatic Microvalve and MOSFET"IEEE/ASME Joint Publication Journal of Microelectromechanical Systems. (in print). (2003)

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  • [Publications] H.Takao, M.Ishida: "Analysis and Experimental Verification of Micro Fluidic Integrated Circuits Using Analogous Relationship Between Pneumatic Microvalve and MOSFET"IEEE The 16^<th> Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2003). 185-188 (2003)

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  • [Publications] K.Lee, H.Takao, K.Sawada, M.Ishida: "A Three-Axis Accelerometer for High Temperatures with Low Temperature Dependence Using a Constant Temperature Control of SOI Piezoresistors"IEEE The 16^<th> Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2003). 478-481 (2003)

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  • [Publications] M.Ishida, H.Takao: "Silicon Microsensors for Severe Environment Using SOI Technology"IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines. Vol.123・2. 31-36 (2003)

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  • [Publications] H.Takao, M.Ishida, K.Sawada: "A Pneumatically Actuated Full In-Channel Microvalve with MOSFET-Like Function in Fluid Channel Networks"IEEE/ASME Joint Publication Journal of Microelectromechanical Systems. Vol.11・5. 421-426 (2002)

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      2002 Annual Research Report
  • [Publications] H.Takao, M.Ishida, K.Sawada: "A Silicon Pneumatic Microvalve with Full In-Channel Structure and the Formation Thechnology of Functional Fluidic Integrated Circuits"Proceedings of IEEJ The 19^<th> Sensor Symposium. 425-428 (2002)

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      2002 Annual Research Report

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Published: 2002-04-01   Modified: 2016-04-21  

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