| 研究課題/領域番号 |
21K18666
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
田中 秀治 東北大学, 工学研究科, 教授 (00312611)
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| 研究分担者 |
山田 駿介 東北大学, 工学研究科, 助教 (50811634)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | MEMS / 共振子 / 周波数温度特性 / ドーピング / 振動子 / 温度補償 / シリコン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
シリコンに高濃度ドーピングを施すと，弾性スティフネステンソルの各要素の温度係数が変化するが，この性質を利用して特定不純物濃度のシリコンウェハ上に特定構造のMEMSを形成して温度依存性を小さくできる。しかし，この技術体系は限られたMEMS共振子にしか適用されていない。そこで，より多くのMEMS構造の温度補償を行うために，シリコンの不純物の種類と濃度のうち少なくとも一方をデバイス内で変えるとどのようなことができるのか，FEMシミュレーションで数値実験する。また，複数種高濃度ドーピング技術を開発し，実際にデバイスを試作，測定して，シミュレーション結果との比較検討を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、Si共振子内に複数の異なるドーピングを施して、より高い設計自由度で温度補償MEMS共振子を実現する技術を開発した。まず、ドーピング条件による周波数温度特性をシミュレーションする方法を構築した。次に、曲げ領域とねじり領域を有するカンチレバー共振子をケーススタディとして、各領域に異なるドーピングを施して周波数温度特性を改善できることを示した。また、シミュレーション結果に基づいてMEMS共振子を試作し、その測定結果とシミュレーション結果がおおよそ一致することを確認し、シミュレーション方法の有効性を実証した。さらに、スピンオンドーパントを用いて局所的に高濃度ドーピングする方法も開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年、広いセンシングレンジと高分解能を両立するために、周波数変調（FM）方式のMEMSセンサが研究されている。このようなセンサでは、温度による周波数変化がバイアスの発生やスケールファクタの変化に直結するため、周波数温度特性の改善が重要である。これまでに高濃度ドーピングによるSi共振子の温度補正技術が使われていたが、これが有効である共振子構造は限られていた。本研究では、複数の異なるドーピング条件をSi共振子に適用することによって、より高い自由度で周波数補償MEMS共振子を実現できることを示した。本研究成果はFM方式のMEMSセンサの高性能化に利用でき、Society 5.0の発展に貢献しうる。
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