| 研究課題/領域番号 |
19K05231
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28050:ナノマイクロシステム関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
吉田 慎哉 東北大学, 工学研究科, 特任准教授 (30509691)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 圧電ＭＥＭＳ / スパッタ法 / エピタキシャル成長 / 単結晶 / アクチュエータ / 微小電気機械システム（MEMS） / 圧電MEMSアクチュエータ / キュリー点変調 / 圧電MEMS / MEMSアクチュエータ / 圧電単結晶薄膜 / スパッタ成膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
圧電性と耐熱性とのバランスがよいチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）を用いた圧電MEMS（微小電気機械システム）アクチュエータは，既に産業的な成功をおさめている。しかし，PZTの性能の向上化は限界に達しつつあり，デバイス性能もこれにより制限されている。
本研究では，申請者の見出した「強誘電体単結晶薄膜のキュリー点変調技術」を用いて，極めて大きな圧電性能を有しているにもかかわらず，低キュリー点ゆえに実用性に乏しい強誘電体薄膜のキュリー点を引き上げる。これにより，巨大な圧電特性と高耐熱性とを両立する革新的な圧電薄膜をSi基板上に形成することを試みる。そして，超高性能圧電MEMSアクチュエータの実現可能性を実証する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、超高性能圧電MEMSアクチュエータの創出を目指し、巨大な圧電特性と高耐熱性とを両立する革新的な圧電薄膜の開発を行った。その材料の候補として、Sm添加マグネシウムニオブ酸鉛・チタン酸鉛（Sm-PMN-PT）の単結晶薄膜を検討した。スパッタ法によってSi基板上にバッファ層を介してSm-PMN-PTを堆積させた。その結果、理想的な結晶配向性と相からなる単結晶薄膜のエピタキシャル成長に成功した。また、この膜が、一般的なチタン酸ジルコン酸鉛多結晶薄膜を超える圧電性能を発揮する可能性があることを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
圧電性と耐熱性とのバランスがよいチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）を用いた圧電MEMS（微小電気機械システム）アクチュエータは，既に産業的な成功をおさめている。しかし，PZTの性能の向上化は限界に達しつつあり，デバイス性能もこれにより制限されている。本研究では、その圧電性能と同等以上である新しい圧電薄膜の開発に成功した。これを実用化できれば、より高性能な圧電MEMSアクチュエータを創出できる可能性がある。また、我が国の企業に技術移転できれば、産業的にも貢献できる。
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