シリコン基板上の複合圧電ダイアフラム構造を用いた溶液系物性値測定用ラム波センサ

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650319
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 山口 正恒 千葉大学, 工学部, 教授 (00009664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 研也 千葉大学, 工学部, 助教授 (90134353)
• Keywords: 超音波 / ラム波 / センサ / 圧電材料 / 酸化亜鉛 / 液体センサ / ウィグナー分布 / シリコン

Research Abstract

本研究は、酸化亜鉛/パイレックスガラス複合薄膜構造を伝搬する弾性波(ラム波)を用いて、溶液系物性値測定用センサを実現することを目的とした。先ず、ラム波の伝搬特性が溶液の物性値によりどの様に変化するか詳しく検討し、膜厚が非常に小さい場合には、その最低次反対称モードが速度変化率が液体の質量密度によりほぼ決定されることが判った。また、電気的特性や温度安定性などについても詳しく検討し、センサ応用に適した構造を明らかにした。そして、非常に薄い複合薄膜構造が実現できる酸化亜鉛/アルミ箔構造を提案し、実験結果の比較により理論解析の妥当性を示すと共に、質量密度センサとして優れた特性が実現できることを明らかにした。また、このラム波デバイスにガス吸着膜を塗布すれば、同一原理に基づき高感度なガスセンサが構成できることが判った。次に、ウィグナー分布を利用して、測定結果を時間及び周波数領域両面から解析するシステムを構築し、このシステムによりラム波の各モードの応答を視覚的に特徴付けることが可能であることを示した。更に、シリコン基板上に比較的大面積で歪の少ない複合薄膜上に、ラム波励振用のすだれ変換子を形成するプロセスを構築し、試作デバイスによりラム波励振・検出に成功し、液体センサとして利用可能なことを示した。しかし、設計よりも挿入損失が大きく、より詳細に検討したところ、シリコン基板のエッチャントとして用いたTEAにより、パイレックスガラス薄膜の表面が荒れ、その上に作成した酸化亜鉛薄膜の膜質が劣化したことに起因するが判った。現在、新たな作成プロセスを考案し、その実現に向け検討すると共に、ガスセンサへの応用についても検討している。

Research Products

• [Publications] M.Koike: "Development of Diagnosis System for SAW Devices Based upon Spectrogramme Analysis" Japanese Journal of Applied Physics. 31. 204-206 (1992)
• [Publications] V.Rajendran: "Lamb Wave Devices Employing ZnO-film/Al-foil Composite Structure" Japanese Journal of Applied Physics. 31. 216-218 (1992)
• [Publications] V.Rajendran: "Mass Density Sensor for Liquids Using ZnO-Film/Al-Foil Lamb Wave Device" Proceedings of IEEE Ultrasonics Symposium. (1993)
• [Publications] V.Rajendran: "A Mass Density Sensor for Liquids Employing a Lamb Wave Device of ZnO-Film/Al-Foil Composite Structure" 電気学会論文誌. (1992)
• [Publications] V.ラジェンドラン: "ZnO膜/Al箔構造ラム波デバイスを用いた液体密度センサ" 日本学術振興会弾性波素子技術150委員会第32回研究会資料. 13-18 (1992)
• [Publications] V.Rajendran: "Mass Density Sensor for Liquids Using ZnO-Film/Al-Foil Lamb Wave Device" 電気学会電子回路研究会資料. ECT-92. 59-64 (1992)