研究課題
シリコンマイクロマシニングにより微細な機械的振動子を製作し、高機能な振動型センサを実現する研究を行った。以下に初年度の研究成果を記す。1.微小振動子の製作技術については、厚さが1μm以下の単結晶シリコンの片持ち梁を1μm以下の狭い間隔でガラス基板の上に形成する技術を完成した。ガラス側には静電駆動や容量検出用の電極が形成されており、原子間力顕微鏡(AFM)用の容量型プローブなど極めて高感度な振動型センサがこれによって可能になる。この製作においては、エッチング後の乾燥時に水の表面張力によって貼り付きが生じないようにすることが重要であり、このため低表面張力のフロリナ-トを用いた乾燥法を新たに開発した。2.微小振動子の真空封止とパッケージングの技術について研究した。大きなQファクタの振動子を実現するには、気体分子によるダンピングを避けるため振動子を真空封止する必要がある。非蒸発型ゲッタを内蔵して真空中で陽極接合することでこれを可能にした。また振動子を含むデバイスをフェイスダウンボンディングできる技術を実現したが、これは小形実装に有効である。3.微小振動子の励振と検出を静電的に行い、またこれを一定振幅で自励振動させる回路技術を確立した。直流電圧による静電引力で共振周波数を制御する技術を開発した。これを利用して共振周波数を一定に制御した静電サーボ方式の振動型センサの技術を確立し、振動型赤外線センサへ応用した。4.振動型センサとして電磁駆動・定量検出型のシリコン振動ジャイロを製作した。高いQファクタを持つ音叉構造をシリコンウェハを反応性イオンエッチング技術で加工し、ガラスと陽極接合技術してパッケージングされた形に製作することができ、ジャイロセンサとしての動作を確認することができた。
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