高温対応ダイヤモンドMEMS磁気センサ

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22KF0382
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 廖 梅勇 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主席研究員 (70528950)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ZHANG ZILONG 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Keywords: ダイヤモンド / MEMS / 磁気センサ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、500℃までの高温MEMS磁気センサーを開発することを目指す。 今年度は、単結晶ダイヤモンド を巨大な磁歪 FeGa 膜と結合することにより、オンチップの統合型単結晶ダイヤモンド (SCD) MEMS 磁気トランスデューサを実証した。 FeGa 膜は、機械共振子の駆動、外部磁場の自己感知、および共振信号の電気的な読み取りのために多機能化された。 オンチップ単結晶ダイヤモンド MEMSトランスデューサは、室温から500℃まで3.2 Hz/mTの高感度と、300℃まで9.45 nT/Hz＾0.5の低ノイズレベルを示した。 共振周波数の最小変動は室温で1.9×10^(-6)、300℃で2.3×10^(-6)で、高温でも10nT未満の磁場分解能をを達成した。 さらに、並列電気読み出しを備えた単結晶ダイヤモンド MEMS 共振器アレイも実現され、磁気イメージ センサーの開発への道が開かれた。8x8 ダイヤモンドMEMSカンチレバーアレイも開発された。 今回の研究により、高性能および高い熱安定性を備えた、集積されたオンチップ MEMS 共振器トランスデューサの開発が期待されている。

Research Products

• [Journal Article] Effect of defects on Q factors of single-crystal diamond MEMS resonators (2023)
  • Author(s): Zhang Zilong、Chen Guo、Gu Keyun、Koizumi Satoshi、Liao Meiyong
  • Journal Title: Functional Diamond Volume: 3 Pages: 2221280
  • DOI: 10.1080/26941112.2023.2221280
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] On‐chip Diamond MEMS Magnetic Sensing through Multifunctionalized Magnetostrictive Thin Film (2023)
  • Author(s): Zhang Zilong、Zhao Wen、Chen Guo、Toda Masaya、Koizumi Satoshi、Koide Yasuo、Liao Meiyong
  • Journal Title: Advanced Functional Materials Volume: 33 Pages: 2300805
  • DOI: 10.1002/adfm.202300805
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diamond MEMS: From Classical to Quantum (2023)
  • Author(s): Sun Huanying、Zhang Zilong、Liu Yulong、Chen Guo、Li Tiefu、Liao Meiyong
  • Journal Title: Advanced Quantum Technologies Volume: 6 Pages: 2300189
  • DOI: 10.1002/qute.202300189
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Diamond MEMS resonators for real-time dual sensing of magnetic fields and temperatures up to 300℃ (2024)
  • Author(s): ZHANG, Zilong, 顧 克云, 陳 果, SANG, Liwen, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • Organizer: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Diamond microresonators with on-chip actuation and sensing for magnetic sensing at high temperatures (2024)
  • Author(s): ZHANG, Zilong, 顧 克云, 陳 果, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • Organizer: The International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC)
• [Presentation] Effect of magnetostrictive film thickness for enhancing magnetic sensing performance of diamond MEMS resonator (2023)
  • Author(s): ZHANG, Zilong, 陳 果, 顧 克云, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • Organizer: 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会.
• [Presentation] On-chip diamond MEMS resonators magnetic sensing uo to 500℃. (2023)
  • Author(s): ZHANG, Zilong, 陳 果, Guangchao Chen, KOIZUMI, Satoshi, KOIDE, Yasuo, LIAO, Meiyong
  • Organizer: The 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2023)
• [Presentation] High-temperature diamond MEMS magnetic sensor with on-chip actuation and sensing (2023)
  • Author(s): ZHANG, Zilong, 陳 果, SANG, Liwen, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • Organizer: 第70回応用物理学会春季学術講演会