マイクロシステム用構造材料の摩擦特性

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650289
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 吉村 昇 秋田大学, 鉱山学部, 教授 (60006674)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 雅史 秋田大学, 鉱山学部, 講師 (60226553)
• Keywords: マイクロマシン / 薄膜材料 / 静電引力 / 静止摩擦係数

Research Abstract

本研究では、ミリメータサイズの微小ムーバを持つ静電駆動型摩擦測定装置を用いて、微小荷重下での各種薄膜材料の静止摩擦係数の測定を行った。以下に本年度の研究で得られた成果を述べる。
1.各種薄膜材料の静止摩擦係数の測定を行ったところ、いずれの材料もバルク材に比べて薄膜の方が大きな摩擦係数を示すことが明かとなった。この点に関しては、荷重の低下に伴う摩擦係数の増加が原因か、あるいはその他の理由があって薄膜材料の方が大きな摩擦係数を示すのかは今後の検討課題である。また、薄膜材料の表面粗さはよほど大きな違いがない限りは摩擦係数に明確な影響を与えない。
2.シリコンウェーハの摩擦係数は表面温度の増加(室温→200℃程度)に伴い大きくなる傾向を示した。この原因は、シリコンウェーハの表面に生じる結合力が温度の上昇に伴い増加するためで、これにより見かけ上摩擦係数も増加する。従って、軽荷重下においては結合力も無視できないほど大きく、物体の動作に極めて大きな影響を及ぼすことが分かった。
3.前述のように、シリコンウェーハをマイクロマシン構造材料として用いる場合には、温度上昇に伴いその動作が悪化することが予測される。この対策法として、アルミニウムやSiO_2薄膜をシリコンウェーハ表面に付着させることが有効であることを明らかにした。これらの薄膜を50nm以上の膜厚で付着させるとシリコンウェーハにおいてみられた温度上昇に伴う摩擦係数の増加は見られず、安定したムーバの動作が確認された。