2017 Fiscal Year Research-status Report
微細加工を用いて指先同様に柔かく高感度・高分解能をもつ新規触覚センサは実現可能か
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17K01565
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| Research Institution | Wakayama University |
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Principal Investigator |
幹 浩文 和歌山大学, システム工学部, 講師 (20403363)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土谷 茂樹 和歌山大学, システム工学部, 教授 (30283956)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | a 触覚センサ / b 圧電樹脂フィルム / c 人工皮膚センサ / 高分解能・高感度 / MEMS / 微細加工 / アレイ / 医療応用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
構造解析と作製プロセス技術の開発を進めた．構造解析では，有限要素法ソフトCOMSOL Multiphysicsを用いて，センサ基本構造の設計とセンシング素子間のcross-talkの振る舞いについて調べた．センシング材料には圧電機能性を持つβーPVDFフィルム（110μm厚）を用い，センシング素子間のピッチを人間の指先分解能に相当する100μmとして，アレイ構造においてのセンシング素子形状寸法と隣接素子間の距離およびセンサデバイスの表面と裏面のパターニングのとき各構造パラメータのセンサ分解能への影響について解析を行った．アスペクト比の高いセンシング素子アレイをもつセンサ構造が感度と分解能の両方に有利に働くことが分かった．また，検出対象との接触面にパターン加工を行うのが感度・分解能には有利であるが，裏面パターンのほうが配線設計の自由度が高いのでさらなる詳細の検討が必要である．
フォトマスクを設計・作製し，ウェットエッチング技術による手法を優先に作製プロセスの基礎検討を行った．エッチャントには極性溶媒 DMA（C4H9NO），DMF(CH3)2NCHO）と DMSO(CH3SOCH3) を用いたが，DMAのほうが低温プロセスが可能で且つ適度なエッチングレートを表す．金属膜に比べSU-8の薄膜が微細パターン加工性，エッチャント耐性および基板との密着性に大きく有利に働きエッチングマスクとして有望であることが分かった．DMAによる40℃／３分以上のエッチングではエッチャントに溶解したPVDFがセンサ試料の表面に付着して再結晶を起こし，エッチングのさらなる進行を妨げるという問題があった．エッチング工程における十分な撹拌措置と洗浄工程の工夫が必要である．SU-8膜の基板との密着性にはバラつきが大きい問題がある．基板の表面処理やSU-8膜の熱処理の工夫により密着性向上の余地はあると分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究はおおむね順調に進展していると考える．その理由は，当初計画した内容に沿って研究が進められ，想定の進捗は得ている．いくつかの問題・課題に直面しているが，課題解決の方向性は概ねつかんでいるのでその検証を含め前に進めることが可能である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後構造解析の詳細をさらに進め，ウェットエッチング手法による作製プロセス設計におけるセンシング素子構造の最低限必要な高さ・素子間距離を明確にすることによってコストに似合う作製プロセスを提示できるようにする．また，ドライエッチング手法による作製プロセスは，ウェットエッチング手法に比べエッチングレートが低く生産性や設備投資などの面で短所ではあるが，微細加工性や再現性など加工品質での長所は目立つのでドライエッチングによる作製プロセスの検討も進めていく方針である．ウェットエッチングとドライエッチングにおける現状課題を解決し，関連要素技術を含め作製プロセス技術の確立を目指す．微細電極パターンの基板との界面密着性に関する要素技術の開発を進め，一次試作品として２ｘ２アレイ（分解能100～200μm)デバイスを作製し，基本機能の検証を目的とした性能評価に関する基礎実験を行う予定である．
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Research Products
(2 results)
