2018 Fiscal Year Annual Research Report
圧電薄膜アクチュエータの高安定・高信頼性センシングと高精度制御
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18H01390
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 秀治 東北大学, 工学研究科, 教授 (00312611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 慎哉 東北大学, 工学研究科, 特任准教授 (30509691)
塚本 貴城 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70646413)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | センサ / アクチュエータ / 圧電薄膜 / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧電薄膜マイクロアクチュエータは，位置決め精度とその安定性，および信頼性に課題を有する。その主たる理由は，高電界で大きく駆動させる状況で，既存の多結晶圧電薄膜に特性変化が生じることにあると考えられる。本研究の目的は，その課題に学術的メスを入れ，解決法を示すことにある。
高精度・高安定の歪計測が可能であれば，高速デジタル制御によって上述の課題を解決できる。これを実績のあるSi歪ゲージを用いて実現するため，PZT系圧電薄膜とのコンパチビリティ，ドリフト，スケールファクタ安定性などに関する学術的研究を行う。並行して，圧電センシングの不安定性が多結晶性にあると仮定し，研究代表者らが開発したSi基板上のc軸配向単結晶PZT系薄膜による歪計測について，安定性と信頼性に焦点を当てて研究する。
平成30年度には，Siピエゾ抵抗を形成した基板にPZT系圧電材料を成膜し，両者のコンパチビリティについて調べた。その結果から，SIMSを用いてSiピエゾ抵抗中の不純物濃度を測定し，PZT成膜によってSiピエゾ抵抗が影響を受けることが示唆された。アクチュエータを試作するには，この現象を分析的に明らかにし，必要な対策をする必要がある。また，マイクロミラーデバイスを想定したテストデバイスを設計し，フォトマスクを作製した。今後，テストデバイスを作製し，評価を行う。
さらに，単結晶PZT系薄膜を2種類のバッファ層上に形成し，電流リークの問題を明らかにした。電流リークはバッファ層によることがわかっているが，その原因は調査中である。今後，引き続き電流リークの原因を明らかにする実験を進め，この問題を解決して，安定的に薄膜が得られる条件を探索する。
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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
本研究の中心課題は，長期的に特性の不安定性があるPZT系薄膜を用いたアクチュエータを，安定性の高いSi歪ゲージを用いてフィードバック制御するために，そのPZT系圧電薄膜とのコンパチビリティ，ドリフト，スケールファクタ安定性などに関する学術的研究を行うことにある。
この課題に対して，実際にSi歪ゲージの作製，その上へのPZTのゾルゲル成膜を行い，SIMSを用いて鉛の拡散などを調査し，問題の把握を行った。実際に鉛の拡散が確認されたが，これは，Si歪ゲージとPZT系圧電薄膜とのコンパチビリティ問題について重要な知見である。この結果に基づき，鉛の拡散を防ぐ構造を検討するためのテストサンプルの設計を行い，今後，その作製，評価と進めていくことができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
Si歪ゲージとPZT系圧電薄膜とのコンパチビリティ問題を評価するためのテストデバイスを作製し，その評価を行う。これについて，MEMS技術の著名な研究者である台湾・国立精華大学のWeileun Fang教授と共同研究を行う。
Si基板上のc軸配向単結晶PZT系薄膜については，信頼性と安定性を向上するための成膜技術を研究する。これについては，その一部を企業と共同で研究する。
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Research Products
(2 results)
