2017 Fiscal Year Annual Research Report
Ultra high-throughput evaluation technology for materials using integrated MEMS
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16H04300
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
秦 誠一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50293056)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノマイクロメカトロニクス / ＭＥＭＳ / コンビナトリアル技術 / 材料創成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，ＭＥＭＳ技術とコンビナトリアル技術を応用・融合した新しい超ハイスループット評価技術を開拓し，新エネルギー，省エネルギーや耐環境材料，医療技術，細胞観察などグリーン／ライフ・イノベーションにつながる新材料の効率的・迅速な創成に資することである．本研究期間では，数ミリ角，厚さ数十マイクロメートルオーダの多種多数個の薄膜サンプルを，ＭＥＭＳ技術を応用し同時または別個に加振すると共に，その振動状態をセンシングすることで，各種物性を超ハイスループット評価することができる集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリを製作する．これを用いて広角スキャナ用高弾性高疲労強度材料や，超小型トルクセンサ用高性能磁歪材料などイノベーションに資する新材料の超ハイスループット評価が可能であることを実証する．
本年度は，１）センサ機能評価基板の試作，２）加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの試作として，磁化率測定用のマイクロコイルと，カンチレバーの変位測定用の静電センサ機能を搭載した評価基板と，サンプル基板の接合により得た集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリを利用して，加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの試作を行った．加振方法としては，変位測定用の静電センサの電極を静電アクチュエータに利用し，静電力により加振を行った．これにより超小形トルクセンサ用高性能磁歪材料探索用ライブラリの製作に成功し，磁化率と磁歪量の評価に目処をつけることが出来た．しかし，評価のためには測定ノイズレベルが大きく，マイクロコイルの巻数の増加，静電センサの狭ギャップ化などの対策の必要がある．また，計画していた広角スキャナ用高弾性高疲労強度材料探索用ライブラリでは，必要な大振幅の加振を得ることができず，加振方法の再検討を行っている．
以上の成果は１編の査読付雑誌論文と国際学会発表２件を含む７件の学会発表，書籍１件にて公表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は，加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの応用として，１）センサ機能評価基板の試作，２）加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの試作を行った．
具体的には，前年度よりソフトタイプとハードタイプの検討を行ってきたが，実用性と今後の発展性から，ハードタイプの集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの検討に集中した．まず，ハード基板用のセンサ搭載薄膜ライブラリ基板（評価用基板）を製作した．センサは磁化率測定用のマイクロコイルと，カンチレバーの変位測定用の静電センサを製作した．製作には研究代表者の所属する名古屋大学マイクロ・ナノメカトロニクス研究センターの共同利用設備を使用した．つぎにハードタイプに適したサンプル基板製作プロセスの検討を引き続き行い，サンプルに必要な熱処理を加えた後に，先に製作した評価基板と接合し，サンプルを成膜したカンチレバー部のみを評価基板に接合し，集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの製作に成功した．
上記，センサ機能を搭載した評価基板とサンプル基板の接合により得た集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリを利用して，加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの試作を行った．加振方法としては，変位測定用の静電センサの電極を静電アクチュエータに利用し，静電力により加振を行った．それにより超小形トルクセンサ用高性能磁歪材料探索用ライブラリの製作に成功し，磁化率と磁歪量の評価に目処をつけることが出来た．まだ，評価のためには測定ノイズレベルが大きく，マイクロコイルの巻数の増加，静電センサの狭ギャップ化などの対策の必要がある．しかし，計画していた広角スキャナ用高弾性高疲労強度材料探索用ライブラリでは，必要な大振幅の加振を得ることができず，加振方法の再検討を行っている．そのため，進捗状況を「(3) やや遅れている」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
・グリーン／ライフ・イノベーションに資する新材料の探索と実用化
１）加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリのチューニング：これまでの試作により明らかとなった問題点を解決し，高疲労強度材料探索用および磁歪材料探索用の加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリを製作する．具体的には，評価基板による磁化率と磁歪量の測定精度を向上させるために，製作精度の向上，プロセスの簡略化，マイクロコイルの巻数の増加，静電センサの狭ギャップ化，測定回路・プログラムなどの見直しを行い磁化率，磁歪量の評価可能なレベルまで測定精度を向上させる．また，広角スキャナ用高弾性高疲労強度材料探索用ライブラリでは，必要な大振幅の加振を得る方法として，外部加振機により基板ごと振動させる方法を検討する．
２）加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリの高集積化の検討：集積数は使用できるプロセス装置の成膜範囲などの制約から～５×５（２５個）程度の範囲とする．これにより，多数同時計測によるハイスループット評価が可能であることを実証する．
３）グリーン／ライフ・イノベーションに資する新材料の探索と実用化：研究目標に掲げた高疲労強度材料と，磁歪材料のハイスループット評価を試み，目標性能を満たす材料の創成を目指す．１年の短期間で新材料を探索することは，従来手法では困難と思われるが，これまでのコンビナトリアル技術の研究とその実績から，これまで述べたような加振型集積化ＭＥＭＳ薄膜ライブラリを実現できれば，十分に可能な目標設定であると考える．目標を達成した材料を見出すことができた後は，各研究協力企業により，それぞれのアプリケーションである広角光スキャナや超小型トルクセンサへの応用を図り，早期の実用化を目指す．
・研究の総括：最後に研究の総括を行い，今後の課題について検討する．
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