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超高性能圧電微小超音波レンジファインダの創製とロボット用センサシステムへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K17500
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 ナノマイクロシステム
研究機関東北大学

研究代表者

吉田 慎哉  東北大学, 工学研究科, 特任准教授 (30509691)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードチタン酸ジルコン酸鉛(PZT) / 超音波トランスデューサ / pMUT / 圧電MEMS / 圧電MEMS / レンジファインダー / pMUT / マイクロ・ナノデバイス / 先端機能デバイス / 電子・電気材料 / 電子デバイス・機器 / デバイス設計・製造プロセス
研究成果の概要

本研究の目的は,圧電薄膜を用いながら,低電圧(例えば3.3V以下)で数mの測距が可能な小型の超音波距離センサーを創り出し,ロボットシステムへの応用可能性を示すことである。次のような要素技術開発および実証実験を行った。(1)クラックフリーの超高性能PZT系単結晶薄膜のSi基板上への形成,(2)PZT用金属エピタキシャルバッファ層の開発,(3)圧電微小超音波トランスデューサ(pMUT)の信号雑音(SN)比を最大化するための理論の構築,(4)pMUTレンジファインダの試作と高性能測距能の実証。
この結果,小型で安価なロボット用近接覚センサモデュールやソナーシステムを実現できる可能性が示唆された。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Epitaxial growth of metallic buffer layer structure and c-axis oriented PMnN-PZT thin film on Si for high performance pMUT2017

    • 著者名/発表者名
      Pham Ngoc Thao, Shinya Yoshida and Shuji Tanaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 12 ページ: 127201-127201

    • DOI

      10.7567/jjap.56.127201

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Epitaxial PMnN-PZT/Si MEMS ultrasonic rangefinder with 2 m range at 1 V drive2017

    • 著者名/発表者名
      Zhen Zhou, Shinya Yoshida, Shuji Tanaka
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 266 ページ: 352-360

    • DOI

      10.1016/j.sna.2017.09.058

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of buffer layer structure for epitaxial growth of (100)/(001)Pb(Zr,Ti)O 3 -based thin film on (111)Si wafer2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Hayasaka, Shinya Yoshida, Shuji Tanaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 7 ページ: 071501-071501

    • DOI

      10.7567/jjap.56.071501

    • NAID

      210000147990

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Curie Temperature and High Heat Resistivity of PMnN-PZT Monocrystalline Thin Film on Si.2016

    • 著者名/発表者名
      Shinya Yoshida, Hiroaki Hanzawa, Kiyotaka Wasa, Shuji Tanaka
    • 雑誌名

      Sensors & Actuators: A. Physical

      巻: 251 ページ: 100-107

    • DOI

      10.1016/j.sna.2016.10.009

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] MEMS用PZTの高性能化2016

    • 著者名/発表者名
      吉田 慎哉
    • 雑誌名

      セラミックデータブック2016/17

      巻: 2016/17 ページ: 117-121

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 圧電MEMS超音波デバイスの高性能化と最新技術動向2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 慎哉
    • 学会等名
      第15回圧電MEMS研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultrasonic MEMS Rangefinder with 2 m Range at 1 V Drive Based on Large Figure-of-Merit PMnN-PZT Epitaxial Thin Film2018

    • 著者名/発表者名
      Shinya Yoshida
    • 学会等名
      PiezoMEMS 2018 Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エピタキシャルPMnN-PZT/Si トランスデューサを用いた高S/N 比pMUTレンジファインダー2017

    • 著者名/発表者名
      吉田 慎哉,周 朕,田中 秀治
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川県横浜市 パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] MONOCRYSTALLINE PMNN-PZT THIN FILM ULTRASONIC RANGEFINDER WITH 2 METER RANGE AT 1 VOLT DRIVE2017

    • 著者名/発表者名
      Shinya Yoshida
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エピタキシャルPMnN-PZT/Si トランスデューサを用いた高S/N 比pMUT レンジファインダー2017

    • 著者名/発表者名
      吉田 慎哉
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Sputtering Epitaxy of Highly c-Axis Oriented PMnN-PZT Thin Film on SrRuO3/Pt/Ir/YSZ/Si for Piezoelectric MEMS Sensors2016

    • 著者名/発表者名
      Pham Ngoc Thao,Shinya Yoshida,Shuji Tanaka
    • 学会等名
      第33回 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 発表場所
      長崎県 平戸 平戸文化センター
    • 年月日
      2016-10-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication of pMUT Based on Large Figure-of-Merit Epitaxial PMnN-PZT/Si Transducer2016

    • 著者名/発表者名
      Zhen Zhou, Shinya Yoshida, Shuji Tanaka
    • 学会等名
      The 8th Japan-China Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications (JCFMA8)
    • 発表場所
      筑波 つくば国際会議場
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Deposition Temperature Dependency of Characteristics of PMnN-PZT Epitaxial Thin Film on Si Prepared by Sputter Deposition with Fast Cooling.2016

    • 著者名/発表者名
      Zhen Zhou、Shinya Yoshida、Shuji Tanaka
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟県新潟市 朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Si基板上c軸配向PMnN-PZTエピタキシャル急冷薄膜の面内ひずみの高温XRD解析2016

    • 著者名/発表者名
      吉田 慎哉,田中 秀治
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟県新潟市 朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Sputter Epitaxy of Large Figure-of-Merit PMnN-PZT thin film on Si for Ultrahigh-Performance Piezoelectric MEMS Sensor.2016

    • 著者名/発表者名
      Shinya Yoshida
    • 学会等名
      The 11th Korea-Japan Conference on Ferroelectrics
    • 発表場所
      韓国,ソウル
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 東北大学 吉田慎哉のホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/site/shinyayoshidaresearch01/

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 東北大学 研究者紹介

    • URL

      http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/19e65eeca6407f35ad5a23b4612c9233.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2019-03-29  

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