2016 Fiscal Year Research-status Report
マイクロデバイスを利用した原子間相互作用による摩擦制御
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16K14141
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
安藤 泰久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00344169)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 格子定数 / 摩擦力分布 / AFM / 応力集中 / マイクロデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異種金属間の摩擦係数は、それぞれの表面の格子定数の差によって決定されるという仮説を検証するとともに、固体間の摩擦係数をアクティブに制御する新しい手法を提案することを目的としている。そのために、AFM（atomic force microscope: 原子間力顕微鏡）の試料台に組み込み可能な複数のマイクロデバイスをDRIE（deep reactive ion etching）プロセスにより、SOI（silicon on insulator）ウェハ上に作製した。作製したデバイスの種類は大きく分けて２つあり、引っ張りにより応力を加えるタイプと、曲げにより応力を加えるタイプである。何れのタイプも静電アクチュエータにより駆動される。
引っ張りを加えるタイプのデバイスについては、作製上の問題により、十分な駆動力を得ることが出来ず、AFMに組み込んだ試験を行わなかった。曲げにより応力を加えるタイプについて、AFMに組み込んだ試験を実施した。静電アクチュエータに、0 V、100 V、200 Vの駆動電圧をそれぞれ加えた時に、応力の集中する部分の摩擦力分布を測定した。その結果、応力を加えない状態でも摩擦力分布にコントラストの差が生じていた。そこで、それぞれの電圧で測定された摩擦力分布の差分を計算することによって、応力集中による構成定数変化が摩擦力に影響を与えていたかを検討した。その結果、100 Vと200 Vそれぞれの電圧で測定された摩擦係数分布の差分像で、わずかにコントラスの変化が認められた。しかし、0 Vと200 Vで測定された摩擦力分布の比較を行ったときには、明確な差を確認することが出来なかった。測定に用いたデバイスで発生させた力では、十分な歪みを得ることが出来なかったことも原因の一つであると考察した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
デバイスを完成させ、摩擦実験まで遂行できたことで、研究を進めていく上での問題点も明らかになり、一応の成果を得ることが出来た。しかしながら、デバイスの加工に必要なフォトレジストやHMDSなどの薬品が劣化していて、新しく購入するのに時間がかかったことなどもあり、デバイスの加工に遅れが生じた。そのために、十分な種類と数量のデバイスを準備することができず、予定していた内容の測定実験を全て行うことが出来なかった。その結果、格子定数変化が摩擦力に与える影響について、明確な証拠を得るまで至らず、標記の自己評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きデバイスの作製とAFMによる摩擦力分布測定実験を行う。AFMのカンチレバーの結晶方位とデバイスの結晶方位を一致させた時に、応力が集中している部分を効率良く測定範囲に収めるようにするため、SOIウェハ上でデバイスを作製する方向を変更する。その時、ステージを支えるサスペンションのばね定数が結晶方位の影響を受け増加し、測定部に加わる力が低下するので、デバイスの作製に当たっては、より大きな力を発生できるように櫛歯型アクチュエータの櫛歯の数を増加させる。測定環境としては、真空中で且つ高温処理を行った後に測定ができるように、必要に応じてステージを取り付けるアダプタにヒータを組み込む。
上記の実験と並行して、応力集中の分布の様子については、有限要素法解析によって検討を行い、測定結果との比較が行えるようにする。電圧を変化させた摩擦力分布測定により、まずは格子定数変化による摩擦係数変化の確認を目指す。
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| Causes of Carryover |
今年度については、研究室に残っていた消耗品類を一部で使用することができた。また、購入が必要となった薬品類や加工のための装置利用料などについては、他の研究テーマでも使用する必要があったため、校費を使用することにし、そのため次年度使用額がプラスとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
カンチレバーやSOIウェハなどの高額な消耗品類やその他薬品類の購入、装置の改造に係わる備品、学会参加とそのための出張旅費、論文執筆時のネイティブスピーカーチェックの費用などで支出する予定である。
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