二重SOI構造による高温度用加速度センサ

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06555102
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 石田 誠 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (30126924)
• 研究分担者: 桜井 止水城 豊田工機, メカトロニクス事業部, 課長 ; 松本 佳宣 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (60252318)
• キーワード: 加速度センサ / SOI構造 / Al_2O_3膜 / マイクロマシニング / 高温度用 / 有限要素法

研究概要

1.Al2O3及びSi成長装置の改良と成長条件の検討
高性能加速度センサの基本構造となる二重SOI構造[Si/Al2O3/Si/Al2O3/Si構造]を製作するために従来のSi成長装置を超高真空対応に改良して成長条件を確立させた。また、シリコンをイオン注入する事によって従来エッチングが不可能であったAl2O3膜をエッチングする事に成功した。さらに、電子ビームをAl2O3膜上に照射することで、Al2O3膜上におけるシリコンの選択成長技術を確立した。これらにより、二重SOI構造を用いた加速度センサ製作のための基礎技術を確立した。
2.加速度センサ設計、製作
有限要素法を用いた構造解析プログラム(ANSYS)、CADソフト等を用いて加速度センサの設計を行った。また、昨年度経費で購入、整備した陽極接合装置やシリコンエッチング装置等と従来からの半導体製造装置を用いて、シリコン直接接合法によるSOI構造を用いた2種類の加速度センサを設計、試作した。SOI構造ならびにRIEプロセスを併用することで高い精度および再現性を達成した。
3.加速度センサパッケージ、測定装置整備
300度以上の高温でのセンサ特性を測定するため、高温度用センサに必要なパッケージング法を開発した。また、センサ特性測定装置の整備を行い、最大33Gの加速度をかけつつ400度まで温度を上げることのできる加速度測定システムを製作した。
4.加速度センサ出力特性測定評価、高温特性
加速度センサの出力特性ならびに高温での特性を測定した。その結果、常温から400度までの温度範囲で加速度センサとしての動作が確認できた。解析の結果、構造解析プログラムによる設計値と測定された特性は非常に似た結果が得られ設計法の妥当性が確認できた。

研究成果

• [文献書誌] M.Ishida: "Difference of Si selective growth on Al2O3 and SiO2 substrates by electron beam irradiation method," Jpn. J. Appl. Phys.34. 4429-4432 (1995)
• [文献書誌] Shun-ichi Yanagiya: "Si epitaxial nanostructures on Al2O3 by selective epitaxial growth using electron beam irradiation method" Proc. of 3rd. Int. Symo. On New Phenomena in Mesoscopic structures in Hawaii. 355-358 (1995)
• [文献書誌] M.Ishida: "Electron irradiation and selective Si epitaxial growth on Al_2O_3." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 91. 654-658 (1994)
• [文献書誌] H.Wado: "Epitaxial growth of γ-Al2O3 layers on Si(111)using Al solid source and N2O gas source molecular beam epitaxy," Appl. Phys. Lett. 67. 2200-2202 (1995)
• [文献書誌] M.Ishida: "Double SOI Structures and Devoce Applications with Heteroepitaxial Al_2O_3 and Si" Jpn. J. Appl. Phys.34. 832-836 (1995)
• [文献書誌] T.Kimura: "Fabrication of Si/Al2O3/Si SOI structures grown by the UHV-CVD method," Jpn. J. Appl. Phys.35. 221-224 (1996)
• [文献書誌] M.Ishida: "A new etching method of single crystal Al2O3 film on Si using Si ion implantation" Proc. Of the 8th Int. Conf. On Solid-State Sensor and Actators. 87-90 (1995)
• [文献書誌] H.Kim: "A novel etching method of single crystalline Al2O3 film on Si and sapphire using Si ion implantation." Proc. of Fall Meeting of MRS 95, Boston. A4. 20. 55 (1995)
• [文献書誌] H.Wado: "Epitaxial of γ-Al2O3 growth insulator films on Si using N2O gas and Al solid source molecular beam epitaxy" Proc. of Fall Meeting of MRS 95, Boston. G1. 8. 245 (1995)
• [文献書誌] K.Hayama: "Effect of oxygen radicals for epitaxial growth of Al_2O_3 on Si" Jpn. J. Appl. Phys.33 No. 1. 496-499 (1994)
• [文献書誌] Y.T.Lee: "High temperature pressure sensor using double SOI structures with two Al2O3 films" Sensors and Actuators A. A43. 59-64 (1994)
• [文献書誌] Y.T.Lee: "Low off-axis sensitivity accelerometer using eight piezoresistors" Technical Digest of the 12th Sensor Symposium. 233-236 (1994)
• [文献書誌] 高尾 英邦: "SOI構造を用いた高温用3次元加速度ベクトルセンサ" 電子情報通信学会論文誌C-II. J-78-C-II. 495-505 (1995)
• [文献書誌] Y.Matsumoto: "A capacitive accelerometer using SDB-SOI structure" Pro. of the 8th Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actators. 550-553 (1995)
• [文献書誌] H.Takao: "Three dimensional vectro accelerometer using SOI structure for high temperature" Pro. of the 8th Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actators. 683-686 (1995)
• [文献書誌] K.Kwon: "A study of three dimensional ploy silicon type accelerometer using silicon direct bonding technology" Technical Digest of the 14th Sensor Symposium. (発表予定). (1996)
• [文献書誌] H.Takao: "Analysis and design considerations of three dimensional vector accelerometer using SOI structure for wide temperature range" Sensor and Actuators A. (発表予定). (1996)