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量子センシングによる微小キャビティの超高気密封止接合技術の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H02045
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分18020:加工学および生産工学関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

倉島 優一  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (70408730)

研究分担者 松前 貴司  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10807431)
柳町 真也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 上級主任研究員 (70358216)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2019年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワードMEMS / 気密封止 / 接合 / 量子干渉 / 脱ガス / マイクロデバイス / 量子干渉効果 / ゲッター
研究開始時の研究の概要

マイクロデバイスの高性能化には、デバイスが実装されている微小キャビティ内部の圧力を高精度に維持する必要がある。これまで気密封止接合された微小キャビティの気密性はキャビティ内部と外部の気体の流出入を評価するものがほとんどであった。微小キャビティ内部の圧力を評価する方法も提案されてはいるが、測定精度やドリフトが課題で微小なキャビティ内部の圧力変動を高精度に計測するに至っていない。そこで、本研究では量子干渉効果に基づくCPT共鳴現象により、気密封止接合された微小キャビティ内部の圧力変動を高精度に評価し、圧力を一定に担保できる気密封止接合技術の確立を図る。

研究成果の概要

封止後の脱ガスによる圧力変動が極力小さい気密封止接合技術を開発し、量子干渉効果に基づくCPT(コヒーレント・ポピュレーション・トラッピング)共鳴現象によりCsガスセルのキャビティ内部の圧力を評価した。その結果、Csを高気密で封止可能であることが分かった。共鳴周波数の変動要因については、圧力変動 (衝突シフト圧力依存)よりも、温度変動(衝突シフト温度依存)によるものが支配的である。このため高精度な恒温槽にキャビティを入れて測定することにより、さらに高精度なキャビティ中の圧力変動を評価可能であると考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

キャビティの内部圧力を一定に担保できる気密封止接合技術及び量子干渉効果に基づくCPT共鳴現象を元にした封止性の評価は新原理や高性能なマイクロデバイスを実現する上で社会的意義があるだけでなく、封止接合のミクロのメカニズム解明や気密性の評価手法の追求は学術的意義があり、最終的には気体分子レベルでの気密性の評価につながると考えている。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Simple and low-temperature vacuum packaging process by using Au/Ta/Ti metal multilayer2022

    • 著者名/発表者名
      Kariya Shingo、Matsumae Takashi、KURASHIMA Yuichi、Takagi Hideki、Hayase Masanori、Higurashi Eiji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: - 号: 5 ページ: 051004-051004

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac52b8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of thin Au/Ti double-layered films as both low-temperature bonding layer and residual gas gettering material for MEMS encapsulation2021

    • 著者名/発表者名
      Kurashima Yuichi、Matsumae Takashi、Higurashi Eiji、Yanagimachi Sinya、Kusui Takaaki、Watanabe Mitsuhiro、Takagi Hideki
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering

      巻: 238 ページ: 111513-111513

    • DOI

      10.1016/j.mee.2021.111513

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gas Absorption in Package Using Au/Pt/Ti Bonding Layer2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumae Takashi、Kariya Shingo、Kurashima Yuichi、Takagi Hideki、Hayase Masanori、Higurashi Eiji
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 98 号: 4 ページ: 211-215

    • DOI

      10.1149/09804.0211ecst

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 真空封止用 Au/Ta/Ti 接合層を用いたガス吸収プロセスの開 発とその低温化2021

    • 著者名/発表者名
      狩谷 真悟, 松前 貴司, 倉島 優一, 髙木 秀樹, 早瀬 仁則
    • 学会等名
      第38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
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Simplified vacuum packaging process by gas gettering using the Au/Ta/Ti metal bonding layer2021

    • 著者名/発表者名
      狩谷 真悟、松前 貴司、倉島 優一、高木 秀樹、早瀬仁則、日暮 栄治
    • 学会等名
      2021 7th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of Au/Pt/Ti multilayers for wafer-level packaging and residual gas gettering2021

    • 著者名/発表者名
      狩谷 真悟、松前 貴司、倉島 優一、高木 秀樹、早瀬仁則、日暮 栄治
    • 学会等名
      International Conference on Electronics Packaging 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] キャビティ内部にて残留ガスを吸収させたTi/Pt/Au封止接合膜の構造観察2020

    • 著者名/発表者名
      狩谷 真悟, 松前 貴司, 倉島 優一, 髙木 秀樹, 早瀬 仁則, 日暮 栄治
    • 学会等名
      2020年度精密工学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Au/Ti薄膜の低温接合及びゲッター材への適応性評価2020

    • 著者名/発表者名
      倉島 優一、楠井 貴晶、松前 貴司、日暮 栄治、髙木 秀樹、渡邉満洋
    • 学会等名
      精密工学会春季大会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 脱ガス処理後の真空 封止と内部残留ガス ゲッタリングが可能 な MEMS 封止用金属接合膜の開発2020

    • 著者名/発表者名
      狩谷真悟、松前貴司、倉島優一、日暮栄治、早瀬仁則、高木秀樹
    • 学会等名
      精密工学会春季大会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Au/Ti double-layered films for bonding and residual gas gettering in MEMS encapsulation2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kurashima, T. Matsumae, E. Higurashi, S. Yanagimachi, H. Takagi, Sudiyarmanto, E. Kondoh
    • 学会等名
      45th International Conference Micro and Nano Engineering
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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