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圧電MEMSエネルギ変換デバイス高性能化のための強誘電体不揮発応力メカニズム制御

研究課題

研究課題/領域番号 18K04283
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

山下 馨  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (40263230)

研究分担者 野田 実  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (20294168)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワード圧電体 / MEMS / 応力 / 共振 / 周波数制御 / 圧電
研究成果の概要

振動型MEMSデバイスの飛躍的性能向上を図り,圧電MEMSデバイスにおいて動的に共振周波数可変な機構を導入して共振挙動を理論面と実測面から追究した。共振挙動の評価について走査型レーザドプラ計測によるインパルス応答解析手法を確立して共振挙動を明らかにした。理論解析においては座屈構造における固有振動数の解析法を確立した。この解析手法を円形ダイアフラムの振動に適用し,固有振動数の変化や共振挙動が実測によく一致することを確認した。超音波アレイセンサへの応用として固有振動数を2倍以上変化させる制御手法を確立し,これを利用して従来の理論的限界を超える超高分解能の超音波計測技術に適用できる可能性を確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

MEMSデバイスは社会生活を支える基盤技術に重要な役割を果たすようになってきており,今後更なる高性能化が期待されている。本研究では振動型MEMSデバイスの共振周波数制御において,製造プロセスの精密化に過度に依存せずに詳細に特性を設定制御できる手法を提供するとともに,これまで単一の周波数で用いられてきた振動型デバイスを,動的に周波数を変更するデバイスとして新たな機能を追加することにより,従来にないデバイスを開発する基本技術を提供するものである。

報告書

(7件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 11件)

  • [国際共同研究] スイス連邦工科大学ローザンヌ校(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] スイス連邦工科大学ローザンヌ校(スイス)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Resonance Frequency and Vibration Mode Modification of Piezoelectric MEMS Ultrasonic Sensors on Buckled Diaphragm Structures for High Sensitivity and High Resolution Measurement2023

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Yamashita, Junpei Yamamoto, Zhengxian Yi
    • 学会等名
      IEEE Sensors 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 共振周波数可変圧電センサを用いた高分解能・低ゴースト超音波計測法の評価2023

    • 著者名/発表者名
      山本純平
    • 学会等名
      電子情報通信学会第27回学生会研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Pulse induced vibration modes on piezoelectric MEMS buckled diaphragms for ultrasonic sensors2022

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Piezoelectric Retention and Sensitivity of Ultrasonic Sensors on Buckled MEMS Diaphragm Structures2022

    • 著者名/発表者名
      末高知弥
    • 学会等名
      2022 ISAF-PFM-ECAPD Joint Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Buckling deflection and piezoelectric polarization retention of MEMS diaphragm structures for ultrasonic sensors2022

    • 著者名/発表者名
      近藤里穂
    • 学会等名
      Sensor Symposium on Sensors, Micromachines and Applied Systems
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Buckling Control and Design of Multilayered MEMS Diaphragms for Highly Sensitive Piezoelectric Ultrasonic Microsensors2021

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      8th International Workshop on Piezoelectric MEMS
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Buckling Control of Multilayered Diaphragm Structures for Highly Sensitive Piezoelectric Ultrasonic Microsensors2021

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Integrated Ferroelectrics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pulse-Induced Vibration Modes and Natural Frequencies of Piezoelectric Ultrasonic Microsensors on Buckled Diaphragm Structures2021

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Integrated Ferroelectrics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Buckling of Piezoelectric MEMS Diaphragm Structures and Its Analysis fo\ r Highly Sensitive Ultrasonic Sensors2021

    • 著者名/発表者名
      西川顕史
    • 学会等名
      The 38th Sensor Symposium on Sensors, Actuators and Micromachines
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Vibration Mode Analysis of MEMS Bucked Diaphragm Structures for Highly Sensitive Piezoelectric Ultrasonic Sensors2021

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      The 38th Sensor Symposium on Sensors, Actuators and Micromachines
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis and Design of Buckling Deflection of Piezoelectric Diaphragm Type MEMS Ultrasonic Sensor for High Sensitivity2021

    • 著者名/発表者名
      清田元一郎
    • 学会等名
      The Technical Meetings on Sensors and Micromachines, IEE, Japan
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Buckling deflection and ferroelectric retention of piezoelectric MEMS ultrasonic sensors on buckled structures for high sensitivity2021

    • 著者名/発表者名
      近藤里穂
    • 学会等名
      2021 Annual Meeting, IEE, Japan
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 座屈ダイアフラム上圧電MEMS超音波センサの振動モード解析2021

    • 著者名/発表者名
      出井航
    • 学会等名
      令和3年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] ダイアフラム型MEMS超音波センサ高感度化のための座屈撓みの解析と設計2021

    • 著者名/発表者名
      吉田琢真
    • 学会等名
      令和3年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 圧電MEMS超音波センサ用座屈ダイアフラムのパルス応答モード2020

    • 著者名/発表者名
      藤井翔太
    • 学会等名
      第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 圧電ダイアフラム型マイクロ超音波センサの下部電極引張力による高感度化座屈撓み制御2020

    • 著者名/発表者名
      西川顕史,清田元一郎,山下馨
    • 学会等名
      令和2年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Vibrating Piezoelectric Energy Conversion Efficiency of Sol-Gel PZT Films with Various Crystal Orientations on MEMS Buckled Diaphragm Structures2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yamashita, S. Nakajima, M. Noda, P. Muralt
    • 学会等名
      2019 IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics (ISAF)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Vibration Mode of MEMS Ultrasonic Sensors on Buckled Diaphragms with Piezoelectric Resonance Frequency Modification2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yamashita, H. Hibino, T. Nishioka, M. Noda, P. Muralt
    • 学会等名
      2019 IEEE Sensors
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Vibration Mode Study of Buckled Diaphragm Structures for Piezoelectric Ultrasonic Microsensors2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yamashita, T. Nishioka, M. Noda, P. Muralt
    • 学会等名
      The 36th Sensor Symposium on Sensors, Actuators and Micromachines
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Piezoelectric Ultrasonic Microsensors on Buckled Diaphragms Using Sol-Gel Derived PZT Films2018

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      IFAAP 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Vibration Mode and Piezoelectric Response of MEMS Ultrasonic Sensors on Buckled Diaphragms2018

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      APCOT 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal Orientation of Sol-Gel Piezoelectric PZT Films and Vibrating Energy Conversion Efficiency on MEMS Buckled Diaphragm Structures2018

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      The 35th Sensor Symposium on Sensors, Actuators and Micromachines
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Vibration Mode Investigation of Piezoelectric Ultrasonic Microsensors on Buckled Diaphragms2018

    • 著者名/発表者名
      山下馨
    • 学会等名
      Eurosensors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ゾル・ゲルPZT薄膜の製膜熱処理工程が圧電MEMS超音波センサの感度に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      中島将太
    • 学会等名
      平成30年度電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2025-01-30  

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