| 研究課題/領域番号 |
21H01776
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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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 |
塚本 貴城 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70646413)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 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)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | MEMS / 振動子 / 零熱膨張ガラス / Q値 / 熱弾性損失 / MEMS振動子 / 低熱膨張材料の微細加工 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
MEMS技術を用いた振動デバイス，例えばジャイロスコープや基準周波数発振器は，その性能の向上のために，振動の質を表すQ値を高める必要がある．様々な要因がQ値を制限するが，そのなかでも熱弾性損失によるエネルギー散逸は不可避であり，これがQ値の上限を決めることが多い．そこで，原理的に熱弾性損失を零にできる可能性のある，零熱膨張ガラスを用いたMEMS振動デバイスの実現を目指して研究開発を行う．零熱膨張ガラスの精密加工方法の開発や，作製した微細構造体内でのエネルギー散逸機構の解明を目標とする．
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| 研究成果の概要 |
MEMS振動子の高性能化を目指し、振動のQ値を増大させることを目的とし，高性能化が期待できる零熱膨張ガラスのエネルギー散逸について研究する。振動のQ値は、アンカーロス、熱弾性損失、SFD、弾性損失などによって影響される。特に、熱弾性損失は熱膨張率の小さい材料であるZEROガラスを用いることで小さくできる可能性があるが、これまで誰もが実証していなかった。また、この材料の弾性損失に関しては未だ不明な点が多い。本研究では，零熱膨張ガラスのマイクロスケール加工技術を開発し，その振動特性から，支配的なエネルギー散逸メカニズムを明らかにする．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
第1に，これまでだれも報告していない，零熱膨張ガラスのMEMS応用のための作製プロセス技術を開発した．シリコンとの陽極接合が可能であることやその条件は報告例が無い．また，反応性イオンエッチングによるマイクロメートルオーダーの微細加工技術についても，報告例がなく，今後のデバイス応用のための大きな知見が得られた．
第2に，開発した微細加工技術を用いてMEMS振動子を作製し，その振動特性から，支配的なエネルギー散逸機構を明らかにした．その結果，ZEROガラスは，熱弾性損失を無視できるほど小さくでき，弾性損失がエネルギー損失を支配することが明らかとなった．
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