2016 Fiscal Year Annual Research Report
Multilayer deposition of PZT thin films and application to MEMS devices
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26420204
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
神田 健介 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (20446735)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前中 一介 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (70173721)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノシステム / マイクロマシン / 圧電薄膜 / アクチュエータ / センサ / 多層積層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜と金属薄膜をシリコン基板上において交互に超多層積層させ、MEMS（微小電気機械システム）プロセス技術と組み合わせることによって、ハイスループット・極めて高機能なアクチュエータを創出することを目的としている。研究開始時点で既に達成していた、スパッタ法により形成する2層積層PZTの厚膜化および特性評価を基礎とし、成膜条件や下地、中間電極の厚さなどに着目し、成膜結果との因果関係について評価を行った。さらに成膜後の分極処理やアニール処理の影響・効果についても評価を行った結果、最適条件を見出して良好な特性の積層構造が得られることが確認できた。さらに4層、6層と積層数を増加させることに成功し、良好な圧電特性・密着性を保ったままMEMSバッチプロセスに適用可能であることが確認できた。しかしながら、さらに積層数を増加させると、残留応力が原因で膜剥がれが生じ、この原因が電極層に起因することが明らかになった。この結果、現段階では6層程度の積層が限界であることが確認できた。さらなる積層のためには電極材料の再検討などが必要であると考える。
一方、多層PZT薄膜のデバイス応用についても検討を行った。積層PZT薄膜による超音波トランスデューサが、非常に低い電圧で強い超音波を発信可能であり、有用であることを確認した。さらに、樹脂とPZT薄膜の積層構造についても検討を行い、mmオーダの寸法を持つ積層構造アクチュエータが、90度以上の大変位で破損せずに動作可能であることが確認でき、これを人に触覚刺激を与えるハプティックデバイスに利用可能であることを確認した。圧電薄膜を用いたMEMSハプティックデバイスは他に例がなく、今後、ウェアラブル機器に搭載可能なほど小型・低消費電力のデバイス実現が期待できる。
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