Multilayer deposition of PZT thin films and application to MEMS devices

• Project/Area Number: 26420204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: Kanda Kensuke 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (20446735)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前中 一介 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (70173721)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2014: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: MEMS / 圧電薄膜 / 多層成膜 / マイクロ・ナノシステム / マイクロマシン / アクチュエータ / センサ / 多層積層 / チタン酸ジルコン酸鉛 / 薄膜

Outline of Final Research Achievements

We addressed multilayer depositions of Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) thin films. The multilayer structures up to four PZT layers were successfully fabricated. The most important advantages of the multilayer piezoelectric thin films is very low driving voltage and large deformation for actuator applications. Several MEMS (MicroElectroMechanical Systems) applications of the multilayer PZT thin films were developed in order to validate the applicability to the batch fabrication and the effectiveness of the multilayer structures. pMUT (piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducers) with four layers of PZT thin films were developed. It was proved that the device could the high power transmission is available with very low driving voltage.

Research Products

• [Journal Article] Three-dimensional piezoelectric MEMS actuator by using sputtering deposition of Pb(Zr,Ti)O3 on microstructure sidewalls (2017)
  • Author(s): Kensuke Kanda, Shingo Moriue, Takayuki Fujita and Kazusuke Maenaka
  • Journal Title: Smart Matrials and Structures Volume: 26 Issue: 4 Pages: 045019-045019
  • DOI: 10.1088/1361-665x/aa61eb
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 超音波トランスデューサを指向したPb(Zr,Ti)O3薄膜の多層積層成膜 (2017)
  • Author(s): 中本翔満，佐野良，神田健介，藤田孝之，前中 一介
  • Journal Title: 電気学会論文誌E Volume: 137
  • NAID: 130006110314
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tactile Device Based on Piezoelectric MEMS by Using a PZT/Polymer Laminated Structure (2017)
  • Author(s): K. Kanda, T. Okubo, M. Shima, T. Fujita, K. Maenaka
  • Journal Title: 電気学会論文誌E Volume: 137
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fabrication of Multilayer Pb(Zr,Ti)O3 Thin Film Structure Using Sputtering Deposition for MEMS Actuator Applications (2015)
  • Author(s): R. Sano, J-I. Inoue, K. Kanda, T. Fujita, K. Maenaka,
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 54 Issue: 10S Pages: 10ND03-10ND03
  • DOI: 10.7567/jjap.54.10nd03
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thin-Film Piezoelectric Bimorph Actuators with Increased Thickness Using Double Pb[Zr,Ti]O3 Layers (2015)
  • Author(s): J-I. Inoue, K. Kanda, T. Fujita, K. Maenaka
  • Journal Title: Journal of Micromechanics and Microengineering Volume: 25 Issue: 5 Pages: 055001-055001
  • DOI: 10.1088/0960-1317/25/5/055001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] PZT薄膜/樹脂積層構造による圧電MEMSハプティックデバイス (2016)
  • Author(s): 大久保昂，嶋真弥，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • Place of Presentation: 平戸
  • Year and Date: 2016-10-24
• [Presentation] 超音波トランスデューサを指向したPb(Zr,Ti)O3薄膜の多層積層成膜 (2016)
  • Author(s): 中本翔満，佐野良，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • Place of Presentation: 平戸
  • Year and Date: 2016-10-24
• [Presentation] Pb(Zr,Ti)O3 Thin Films Integrated with Epoxy Polymer: Applications to Low Energy Haptics Device (2016)
  • Author(s): T. Okubo, K. Kanda, M. Shima, T. Fujita, K. Maenaka
  • Organizer: IEEE ISAF 2016
  • Place of Presentation: Darmstadt, Germany
  • Year and Date: 2016-08-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Omnidirectional Acceleration Sensor for Trigger of Human Monitoring System (2016)
  • Author(s): K. Kanda, T. Fujita, M. Yoshimoto, K. Maenaka
  • Organizer: IEEE NEMS 2016
  • Place of Presentation: 松島
  • Year and Date: 2016-04-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 圧電PZT薄膜の多層積層のための電極成膜条件の検討 (2016)
  • Author(s): 中本翔満，佐野良，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 平成28年度電気学会全国大会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-16
• [Presentation] Sputtering Deposition of Multi-Layer Pb(Zr,Ti)O3 Thin Films for Low Voltage Actuators (2016)
  • Author(s): R. Sano, K. Kanda, J.I. Inoue, T. Fujita, and K. Maenaka
  • Organizer: IEEE MEMS2016
  • Place of Presentation: 上海（中国）
  • Year and Date: 2016-01-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] スタンダードPZT-MEMSプロセスとその拡張 (2016)
  • Author(s): 神田健介
  • Organizer: 電気学会圧電MEMSデバイス調査専門委員会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Invited
• [Presentation] 加工した基板上へのPb(Zr,Ti)O3薄膜のスパッタ成膜と特性評価 (2015)
  • Author(s): 森上慎悟，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第32回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • Year and Date: 2015-10-28
• [Presentation] RFマグネトロンスパッタ法によるPb(Zr,Ti)O3薄膜の多層積層とその評価 (2015)
  • Author(s): 佐野良，井上純一，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第32回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • Year and Date: 2015-10-28
• [Presentation] 【講演奨励賞受賞記念講演】樹脂材料とPb(Zr,Ti)O3薄膜を用いた圧電構造体の特性評価 (2015)
  • Author(s): 大久保昂，佐野良，嶋真弥，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-13
  • Invited
• [Presentation] Pb(Zr,Ti)O3薄膜の多層積層によるMEMSマルチモルフ構造 (2015)
  • Author(s): 佐野良，井上純一，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 平成27年度第1回応用物理学会関西支部講演会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（姫路市）
  • Year and Date: 2015-06-22
• [Presentation] 柔軟かつロバストなPb(Zr,Ti)O3-MEMSアクチュエータ (2015)
  • Author(s): 大久保昂，佐野良，嶋真弥，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 平成27年度第1回応用物理学会関西支部講演会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（姫路市）
  • Year and Date: 2015-06-22
• [Presentation] 多自由度なMEMSを指向したPb(Zr,Ti)O3薄膜の加工済みウエハへの成膜加工 (2015)
  • Author(s): 森上慎悟，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 平成27年度第1回応用物理学会関西支部講演会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（姫路市）
  • Year and Date: 2015-06-22
• [Presentation] Integration of Pb(Zr,Ti)O3 Thin Films with Photo-Sensitive Polymer (2015)
  • Author(s): Takashi Okubo, Ryo Sano, Kensuke Kanda, Takayuki Fujita, Kazusuke Maenaka
  • Organizer: IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics 2015
  • Place of Presentation: シンガポール（シンガポール）
  • Year and Date: 2015-05-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] スパッタ積層Pb[Zr,Ti]O3薄膜構造の作製 (2015)
  • Author(s): 佐野良，井上純一，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第32回強誘電体応用会議
  • Place of Presentation: コープイン京都（京都市）
  • Year and Date: 2015-05-20
• [Presentation] Pb(Zr,Ti)O3薄膜と感光性樹脂の積層構造体作製とその評価 (2015)
  • Author(s): 大久保昂，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス，平塚市
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] Estimation of d31 constant for microfabricated and free-standing thin-film bimorph structure of Pb[Zr,Ti]O3 (2014)
  • Author(s): K. Kanda
  • Organizer: 4th international workshop on Piezoelectric MEMS
  • Place of Presentation: Kobe University (Port Island Campus), Kobe, Japan
  • Year and Date: 2014-10-28 – 2014-10-29
• [Presentation] スタンダードPZT-MEMSプロセスの提案とデバイス評価 (2014)
  • Author(s): 佐野良，井上純一，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第31回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • Place of Presentation: くにびきメッセ，松江市
  • Year and Date: 2014-10-20 – 2014-10-22
• [Presentation] 三次元Si加工基板上へのPZT成膜と評価 (2014)
  • Author(s): 森上慎悟，井上純一，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学，札幌市
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-22
• [Presentation] 薄膜PZT-MEMSバイモルフ構造を用いた自励発振システム (2014)
  • Author(s): 井上純一，松田貴文，神田健介，藤田孝之，前中一介
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学，札幌市
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-22
• [Presentation] Fusion of PZT Thin Film in MEMS Technology (2014)
  • Author(s): K. Maenaka and K. Kanda
  • Organizer: The 10th Japan-Korea Conference on Ferroelectrics
  • Place of Presentation: International Conference Center Hiroshima , Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-20
  • Invited