2021 Fiscal Year Research-status Report
圧電MEMSエネルギ変換デバイス高性能化のための強誘電体不揮発応力メカニズム制御
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18K04283
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山下 馨 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (40263230)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野田 実 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (20294168) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 圧電体 / 共振 / 応力 / 周波数制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧電振動型MEMSデバイスにおいて，動的に共振周波数可変な機構を導入し飛躍的な高性能化を図る。今年度は，エネルギー法による静的座屈挙動と動的共振挙動の解析手法において，実測の測定結果をより精密に説明できるよう理論解析の精密化を図った。また電圧印加による座屈挙動および共振挙動の測定結果から，応用デバイスの最適制御方法を志向した分析方法と，新たな観点における圧電特性評価方法の着想を得た。
理論解析面では，円形ダイアフラムの座屈量に対する固有振動数変化の解析手法の精密化を図った。前年度までに得られていた手法では，円板の振動を断面に単純化して一次元梁として解析を行っていたが，今年度はこれを円板として定式化を進めた。得られた定式化手法はより包括的に共振挙動を扱うことができるようになったが，低次の振動モードにおいて理論値と実測値との乖離が見られた。そこで，解析モデルを理論的に予想される振動形状から実測の振動形状へ近づけることを試みたところ，理論値を実測値に近づけることができた。またこのとき，実測値を反映させるために必要な理論モデルの重要なパラメータを見いだすことができた。
実測面では，まず電圧印加時の撓み量と撓み形状の変化を考慮して共振挙動を評価した。各振動モードの固有振動数の変化だけでなく，振動振幅が支配的になるモードの変化をも詳細に評価した。これにより，超高解像度フェイズドアレイ超音波計測への応用のための制御方法の検討に入った。また電圧印加を停止した後の撓み量の時間変化が初期撓み量により異なることを見出し，これまでとは異なる観点で圧電薄膜の特性を評価できる可能性を見出した。
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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
サンプル作製を十分に行うことができない環境の下で，既存のデバイスの評価結果から，デバイスの挙動を理論的に説明する解析方法の精度を高め進展させたとともに，応用デバイスへ向けた最適制御法への検討を開始し，さらにこれまでとは異なる観点からの圧電特性評価方法の着想を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
共振挙動を包括的に表現できる解析技術の精度をさらに高める手法を得たので，今後はこの手法を利用して応用デバイスの設計に活かしつつ，実デバイスの作製評価を進めたい。
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| Causes of Carryover |
サンプル作製を十分に行うことができない環境下において，既存のデバイスの評価を行い，特にデバイスの挙動を理論的に説明する解析手法の精度向上に注力した。このためデバイス作製に要する消耗品費用の使用が少なく次年度使用額が生じた。次年度はこの精度を向上した解析手法を元に実デバイスの設計を行い，実際にデバイス作製と評価を進めるため，これに要する費用として用いる。
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