Siウエハ上可逆形状記憶合金薄膜の低温形状記憶熱処理の研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452230
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 栗林 勝利 山口大学, 工学部, 教授 (30081251)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 倉一 大阪府立産業技術総合研究所, 材料技術部, 部長 ; 清水 聖治 山口大学, 工学部, 助手 (00243626) ; 谷口 隆雄 山口大学, 工学部, 助教授 (20093966)
• Keywords: マイクロアクチュエータ / RSMA / TiNi合金薄膜 / シリコン基板 / 熱処理 / 通電加熱

Research Abstract

マイクロマシン用のアクチュエータとしてTiNi合金(形状記憶合金 : SMA(Shape Memory Alloy))は、発生力/重量,発生力/体積が大きい,マイクロ化により表面積/体積が大きくなり応答が速くなる,スパッタ法やエッチングなどのIC加工技術の応用により微細加工が容易である,等の長所がある.RSMA(Reversible SMA)をマイクロマシンに適用する利点は,曲げ変形を利用した場合にはアクチュエーター,ジョイント,フレームの三つの役割を一つの要素で果たすことができること.また,一方向性のSMAのようにバイアス機構を必要としないことがある.そこで近年,TiNi合金を二方向性形状記憶効果を持つRSMA8Reversible SMA)としてマイクロマシンに応用する研究が行われている.しかしスパッタ法による成膜では膜組織はアモルファス構造となり,形状記憶させるには結晶化のための熱処理が必要となる.SiO_2/Si基板上にTiNi合金をスパッタ成膜し,形状記憶化した例では熱処理の際のTiNi薄膜とSiO_2膜との剥離が問題となった.
そこで本研究では電流加熱による結晶化熱処理法を提案した.この方法は通電によるジュール熱を利用することにより,局部的なTiNi薄膜部のみの加熱が可能である.まずTiNi薄膜単体にこの方法を適用し,放射温度計により正確にTiNi膜の温度をモニターしながら種々の条件で熱処理を行った.この結果最適熱処理条件を見い出した.次にSiウエハ上のTiNi膜の熱処理をこの条件により行い,膜の剥離を起こさないで行えることを確認した.

Research Products

• [Publications] Katsutoshi Kuribayashi: "A millimeter-Sized Robot Using SMA and Its Control" Journal of Robotics and Mechatronics. 7. 449-457 (1995)
• [Publications] Katsutoshi Kuribayashi: "A Study of Heat Process by Using Direct Electric Current Heating for Reversible SMA Thin Film Actuators" Proc.of Sixth International Symposium on Micro Machine and Human Science. 103-110 (1995)
• [Publications] 栗林勝利: "Siウエハ上の可逆形状記憶合金薄膜マイクロアクチュエータの試作" 日本機械学会山口地方講演論文集. 235-236 (1995)