励振とトンネル検出用のナノ位置決めアクチュエータを組み込んだRFナノ電気機械システム

• Project/Area Number: 03F03792
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: 知能機械学・機械システム
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤田 博之 東京大学, 生産技術研究所, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): AGACHE Vincent 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2005: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: トンネル電流 / 半導体マイクロマシーニング / ナノ加工 / 電子ビームリソグラフィー / AFM / プローブリソグラフィー / 静電アクチュエータ

Research Abstract

本研究は、近年急速な発展を遂げているマイクロマシーニング技術を用いて10〜100ナノメートル級寸法のシリコン振動子を作り、高性能無線送信機に必要なGHz帯の共振周波数の実現を目的に行った。
(1)マイクロマシーニング技術は、10nmを切る立体微細加工ができるため、高い共振周波数を持つ微小共振子を作ることができる。また、静電駆動用のギャップを数10nm程度に縮めることで、高周波回路の低電圧を加えただけで励振を行えるようにできる。刃形の共振子を作り、静電駆動とヘテロダイン検出を用いて、基本共振周波数1.1GHz、第2次共振周波数2.5GHzを実測した。
(2)一方、振動子を小型化すると振動振幅も小さくなり、検出方法が問題となる。まず、非接触モードのAFM(原子間力顕微鏡)を用いた振動検出を試みた。やや低い共振周波数(〜6.35MHz)を持つ共振子を用い、振動振幅対周波数特性や、振動振幅対駆動電圧特性を感度良く評価できることを示した。
(3)次に、真空トンネル電流が0.1nm程度のギャップ変化に応じて一桁増減する現象に着目し、既に実証済みのマイクロマシン応用トンネル電流センサを適用することで、超高感度の振動検出の実現を試みた。SOI基板に電子ビーム露光と光露光を組み合わせたパターニングを行い、振動子構造、静電駆動電極、トンネル電流検出用探針およびトンネルギャップ制御用マイクロアクチュエータを1チップに集積したデバイスを作製した。本デバイスを超高真空の透過電子顕微鏡に入れ、動作をビデオ画像として捕えて解析したところ、nm級の変位制御が可能であることが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Fabrication and characterization of 1.1 GHz blade nano-electromechanical resonator (2005)
  • Author(s): V.Agache, B.Legrand, D.Collard, H.Fujita, L.Buchaillot
  • Journal Title: Applied Physics Letters Vol.86・No.21 Pages: 213104-213104
• [Journal Article] Characterization of vertical vibration of electrostatically actuated resonators using Atomic Force Microscope in Non-Contact mode (2005)
  • Author(s): V.Agache, B.Legrand, K.Nakamura, H.Kawakatsu, L.Buchaillot, H.Toshiyoshi, D.Collard, H.Fujita
  • Journal Title: Transducers 2005, Seoul, Korea, June 5-9,2005 Pages: 2023-2026
• [Journal Article] RF Blade Nano-Electromechanical Resonator with self aligned process for definition of lateral electrostatic transducers (2005)
  • Author(s): V.Agache, B.Legrand, D.Collard, H.Fujita, L.Buchaillot
  • Journal Title: Proc.of the SPIE Design, Test, Integration, and Packaging of MEMS/MOEMS Conference, DTIP 2005, Montreux, Switzerland, June 1-3,2005 Pages: 26-31
• [Journal Article] 1.1 GHz Silicon blade nano-electromechanical resonator featuring 20 nm gap lateral transducers (2005)
  • Author(s): V.Agache, B.Legrand, D.Collard, H.Fujita, L.Buchaillot
  • Journal Title: Proc.of the 18th International IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference Miami, Jan.30-Feb.03,2005 Pages: 121-124
• [Journal Article] Characterization of vertical vibration of electrostatically actuated resonators using Atomic Force Microscope in Non-Contact mode (2005)
  • Author(s): V.AGACHE
  • Journal Title: in the Proc.of Transducers 2005,Seoul(Korea) (accepted for publication)