2019 Fiscal Year Annual Research Report
High-sensitivity measurement of liquid properties with a pipe structure sensor using multiple roundtrips of shear acoustic wave
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18K13766
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
高柳 真司 同志社大学, 生命医科学部, 助教 (00735326)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 圧電デバイス / 酸化亜鉛薄膜 / 曲面成膜 / 弾性波 / 表面波 / 横波型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、液体の導電率や粘度を測定できる横波型弾性波センサの開発を目的としている。特に、横波型弾性波を石英パイプの円周方向に周回させ、弾性波が液体試料とより長く接触することで、センサの高感度化を目指す。
当該年度では、まず直径20mmの石英パイプ側面に作製した横波型弾性波センサについて、伝搬する弾性波の解析を行った。まず、周波数特性を測定したところ、複数の周波数成分の弾性波が励振されていることが判った。時間ゲートを用いた解析により、各周波数成分が横波型弾性波であることが確認された。また、液体の負荷による受信振幅の減衰率が周波数成分により異なることが判った。各周波数成分に着目することにより、液体試料のセンシングが期待される。
続いてセンサの小型化のため、直径6mmの石英パイプ側面に、横波型弾性波を励振可能なc軸平行ZnO膜（圧電軸が基板面内で一方向に揃った酸化亜鉛薄膜）を作製する手法について検討した。昨年度実施した直径20mmの場合と同様にして、スパッタ法による成膜中に、自動回転機構を用いて石英パイプを回転させることで、側面全周に成膜を行った。まず、直径20mmの場合で成功した1.6rpmの回転速度で成膜したところ、側面全周でc軸平行ZnO膜のピークは形成されなかった。一方、石英パイプを回転させなかった場合には、c軸平行ZnO膜が形成された。そこで、0.25rpmとできる限り回転速度を遅くして成膜した結果、側面全周でc軸平行ZnO膜のピークが観測された。また、センサ構造の作製には弾性波励振用に電極の微細加工が必要となる。直径6mmの石英パイプでは、曲率の影響で通常のフォトリソグラフィ工程では電極作製が困難であった。そこで、インクジェット描画装置による10μm程度の線幅の電極作製について検討している。以上から、直径6mmの石英パイプにおいても横波型弾性波センサの実現が期待される。
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