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2007 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ構造の創製とその機能化に関する研究

Research Project

Project/Area Number 19206016
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

石原 直  The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 教授 (00422329)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 割澤 伸一  東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (20262321)
DELAUNAY Jean-Jacques  東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (80376516)
山口 浩司  日本電信電話株式会社, 物性科学基礎研究所, 特別研究員 (60374071)
Keywordsナノメカニクス / マイクロ・ナノデバイス / 三次元ナノ構造 / 微小共振器 / センシング / 機械特性評価 / 高Q値 / 自己組織化
Research Abstract

当初の研究計画に沿って,三次元ナノ構造レゾネータの設計,製作,及び機械特性測定に関する研究を進めた。
(1)ナノレゾネータ共振特性の高周波数化を目的に,GaAsを用いた機械レゾネータを製作し,その共振特性を測定した。長さ3〜10ミクロン,幅400nm,振動方向厚さ200nmの梁構造レゾネータについて,ローレンツ型関数による共振点フィッティング法により,共振周波数及びQ値を評価した。その結果,梁長さ3ミクロンのレゾネータにおいて室温における共振周波数39.1MHz,Q値400を得た。
(2)レゾネータ振動特性の大幅か性能向上を狙って,引張応力内在型レゾネータの研究を進めた。MBEによって梁部をGaAs/In0.1Al0.9Asヘテロ構造で構成して格子常数に違いにより引っ張り歪を内在させ,その振動特性を内在歪なしの場合と比較した。共振周波数については2〜3倍の高周波数化(内部ひずみを0.4%とした場合の理論値と一致),Q値に関しては,14,000という高い値(約1桁の改善に相当)を得た。
(3)また,レゾネータの形状,構造が振動特性に及ぼす影響を評価するため,ピエゾ抵抗効果を有するSiカンチレバーの構造・形状を変化させて共振特性を測定した。カンチレバーの先端幅を根元幅の1/30となる様な先細り形状にFIBで変形加工し,その振動特性を測定して共振周波数を3倍程度向上させることが出来た。これは,材料や寸法に依存せず構造の変形(設計上の構造,形状の工夫)によりレゾネータの共振周波数を向上できることを示している。
(4)さらに,FIB-CVDにより作製したカーボンナノピラー(直径約100nm,長さ数ミクロン)について,電子ビームによりその機械振動特性を測定するとともに,コア-シェルモデルとレイリー・リッツ法によるナノピラーの動特性解析からカーボンの物性(密度,ヤング率)を評価することにより,その高さ方向の物性変化と成長速度との関係を定量的に明らかにした。
以上の実験結果を基に,今後は,共振点の更なる高周波数化,Q値性能の大幅改善を目指し,レゾネータ構造に内在する摩擦や表面におけるエネルギー散逸などの性能支配要因の解明を進めるとともに,ナノレゾネータのセンシングデバイス応用の研究に着手する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2008 2007

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Height dependence of Young's Modulus for Carbon Nanopillhrs Grown by Focused-Ion-Beam-lnduced Chemical Vapor Deposition2008

    • Author(s)
      Keiichiro NONAKA, Kojiro TAMARU, Masao NAGASE, Hiroshi YAMAGUCHI, Shin'ichi WARISAWA, Sunao ISHIHARA
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics (掲載確定)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Giant magneto-piezoresistance and internal friction in a two-dimensional electron system2007

    • Author(s)
      H. Yamaguchi, H. Okamoto, Y. Maruta, S. Ishihara, S. Miyashita, and Y. Hirayama
    • Journal Title

      Part 2 Express Letter, Japanese Journal of Applied Physics 46,27

      Pages: L658-L660

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Control of Young's Modulus fbr Carbon Nanopillars Grown by Focused Ion BeamInduced Chemical Vapor Deposition2007

    • Author(s)
      K. Nonaka, K. Tamaru, M. Nagase, H. Yamaguchi, S. Warisawa, and S. lshihara
    • Organizer
      20th International Microprocesses anq Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      Kyoto,Japan
    • Year and Date
      2007-11-06
  • [Presentation] Two-Dimensional Arrangement of Vertically Oriented Cylindrical Domains of Diblock Copolymers Using Graphoepitaxy with Artificial Guiding Pattern Layout2007

    • Author(s)
      T. Yamaguchi, M. Edamoto, S. Warisawa, S. Ishihara, and H. Yamaguchi
    • Organizer
      20th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      Kyoto,Japan
    • Year and Date
      2007-11-06
  • [Presentation] FIB-CVDによるカーボンナノピラーの構造解析2007

    • Author(s)
      野中 啓一郎, 田丸 耕二郎, 永瀬 雅夫, 山口 浩司, 割澤 伸一, 石原 直
    • Organizer
      2007年度精密工学会秋季大会学術講i演会
    • Place of Presentation
      北海道
    • Year and Date
      2007-09-14
  • [Presentation] ナノ機械振動子の製作・評価2007

    • Author(s)
      加藤 慶一, 項 大雨, 山口 浩司, 割澤 伸一, 石原 直
    • Organizer
      2007年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道
    • Year and Date
      2007-09-14
  • [Presentation] FIB-CVDにより作製したカーボンナノピラーの構造解析2007

    • Author(s)
      田丸 耕二郎, 野中 啓一郎, 永瀬 雅夫, 山口 浩司, 割澤 伸一, 石原 直
    • Organizer
      2007年秋季第68回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道
    • Year and Date
      2007-09-07
  • [Presentation] AFMによるGaAsメンブレン構造の振動解析2007

    • Author(s)
      田丸 耕二郎, 加藤 慶一, 永瀬 雅夫, 山口 浩司, 割澤 伸一, 石原 直
    • Organizer
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2007-03-28
  • [Presentation] 引張応力印加による微小機械共振器の特性改善2007

    • Author(s)
      加藤 慶一, 中井 康貴, 小野満 恒二, 山口 浩司, 割澤 伸一, 石原 直
    • Organizer
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2007-03-28
  • [Presentation] カーボンナノピラーにおける熱励起機械振動の振幅評価2007

    • Author(s)
      野中 啓一郎, 田丸 耕二郎, 永瀬 雅夫, 山口 浩司, 割澤 伸一, 石原 直
    • Organizer
      2008年度精密工学会春季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      2007-03-19
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 微小機械共振器ならびに微小機械検出素子2008

    • Inventor(s)
      石原 直, 割澤 伸一, 加藤 慶一, 山口 浩司, 小野満 恒二
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学、日本電信電話株式会社
    • Industrial Property Number
      2008-70933
    • Filing Date
      2008-03-19

URL: 

Published: 2010-02-04   Modified: 2016-04-21  

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