2012 Fiscal Year Annual Research Report
高耐圧化ＣＭＯＳ回路のＭＥＭＳ集積で創るエネルギー自立型分散水上走行素子
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23686053
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
三田 吉郎 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40323472)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | マイクロマシン / ＶＬＳＩ / ＣＭＯＳ－ＭＥＭＳ / ポストプロセス / オンチップ太陽電池 / 自律分散システム |
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| Research Abstract |
水上走行する小型の昆虫類に着想を得て、環境から電気エネルギーを収集する回路によって動力を得て水上を移動することができる、エネルギー自立型の超小型(1cm以下)アクチュエータ素子を実現し、更に複数のチップによって整列、順序入れ替えなどの協調動作デモンストレーションを行なう。上記トップダウン研究により、自律分散マイクロシステムの研究分野に基本素子が自走し組み換えが可能という新規概念を提供し、実現の過程で集積化マイクロシステム（ＭＥＭＳ）向け集積回路（ＶＬＳＩ）ポストプロセス後加工技術の新たな展開に資する要素技術のボトムアップ的な革新的成果を得る。
本研究は4年間にわたり、4つのタスクによって、(1)環境から取り出した電気エネルギーを用いて(2)自走し、(3)隣接素子間でコミュニケーションを行なって、(4)協調動作を創発する、MEMS融合VLSI素子の実現を目指す。
研究2年目にあたる平成24年度においては、装置の故障という予期できない遅延要因と戦いながら、すなわち、(Task 1)10V級EWODアクチュエータを電圧変換器無しで駆動可能とするオンチップ高電圧発生素子、(Task 2)水面に浮かび、チップに抱かせたバブルレット(小泡)の形状を切り替えて推力を発生する、表面張力制御型アクチュエータ素子と制御回路・制御手法、についてのプロセス開発研究が大いに進捗した。特筆するべき事項として、オンチップ高電圧発生太陽電池作製に必須の、CMOS集積回路後加工による素子の高耐圧化プロセス開発をほぼ完全な形とすることができ、本研究が属するマイクロマシン分野で最大かつ最も権威のある国際学会の一つである、Transducers国際会議において口頭発表を行なうことができた。
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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
自走式超小型ロボット分野において、本研究の着想時と時を同じくして、2005年を過ぎてから世界各国で研究が精力的に行なわれているが、超小型(1cm以下)の大きさで実現された水上走行素子はどれも、電源供給のためのワイヤーが外付けとなっており、実用に耐えない素子である。その理由は、ひとえにオンチップでエネルギーを得られる効率、かつ小型のエネルギー源が無かったからであり、逆に、そのようなMEMS集積化素子が作製できるマイクロプロセスを開発することこそが、同分野の研究発展のための鍵である。このことに照しあわせて、H24年度の研究として、オンチップ太陽電池作製のための、CMOSポストプロセス手法がおおむね確立したことをもって、研究の進捗は順調であると判断できる。クリーンルームの装置がたびたび予期できない形で故障しているが、そのたびに研究室総出で修理対処(秋葉原に買い出しに行くことも含み)をしており、半年かかると業者に言われた修理を1ヶ月で直すなど、不断の努力で研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究はおおむね順調に進展しており、(Task 1)のプロセス技術が安定化し、(Task 2)の素子作製に関する目処が立ってきたところであるから、素子作製技術をさらに高度化するとともに、これら確立されつつある基礎技術を前提にして、 (Task 3)チップ同士が隣接したときにデータ通信を行なう近傍素子通信回路とプロトコル、(Task 4)個々の自立水上歩行素子の協調によって、意味のある動作(例えば集合離散で形状を変える文字を作るなど)を行なわせるための自律分散アルゴリズムに研究の軸足を移していきたい。
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