600℃の高温と強いγ線照射に耐える流体式情報処理集積回路の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750041
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 高尾 英邦 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (40314091)
• キーワード: 信号処理回路 / 微小電子機械システム(MEMS) / マイクロマシン / 流体式集積回路 / 超高温環境 / 放射線環境 / Fluidics / マイクロバルブ

研究概要

人類が近づけない過酷な宇宙空間や原子炉内外における作業機械を将来開発するならば、500℃以上の超高温や強烈なγ線など、非常に厳しい環境下で動作する情報処理回路が必要である。本研究は、電子の代わりに流体を信号伝達媒体とし、電気-流体間の相似性を利用した集積回路をマイクロマシン技術で形成して、極限環境おける情報処理を可能とするものである。本年度は、下記の要素技術の確立を行うことができた。
1.流体式集積回路における基本素子の耐環境特性評価とモデル化
流体回路内でトランジスタの役割を果たすシリコンマイクロバルブの圧力-流量特性を詳細に測定して、その計算機モデルを抽出した。デバイスの温度特性を測定することで、流体式回路の耐温度性を評価した。圧力、流量をトランジスタの電圧と電流に換算し、測定結果に基づいてマイクロバルブのSPICEモデルを形成したことによって、集積回路設計用回路解析ツールを用いて流体集積回路を設計することが可熊となった。また、流量制御特性のデバイスサイズ依存性を明らかにし、様々な構成の流体式集積回路を設計する上での基礎データを得た。
2.大規模流体集積回路形成に向けた小信号解析手法の確立と実験的検証
流体式集積回路の静的・動的特性を定性的・定量的に理解するための新たな解析手法が確立さる必要がある。そこで、マイクロバルブの小信号等価モデルを構築し、実測特性から抽出したパラメータを用いて流体集積回路の小信号等価回路を導入した。その結果、流体回路網の小信号解析結果は製作した流体集積回路の特性と良好な一致を示した。よって、複雑性を有する流体式集積回路においてもその特性を一部理論的に予測することが可能となり、大規模流体集積回路の形成に必要な設計手段の基礎を確立できたと考えられる。
これらの結果は、次年度以降の計画にとって非常に有益な結果であり、今後の計画の推進が期待される。

研究成果

• [文献書誌] H.Takao, M.Ishida: "Micro Fluidic Integrated Circuits for Signal Processing Using Analogous Relationship between Pneumatic Microvalve and MOSFET"IEEE/ASME Joint Publication Journal of Microelectromechanical Systems. (in print). (2003)
• [文献書誌] H.Takao, M.Ishida: "Analysis and Experimental Verification of Micro Fluidic Integrated Circuits Using Analogous Relationship Between Pneumatic Microvalve and MOSFET"IEEE The 16^<th> Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2003). 185-188 (2003)
• [文献書誌] K.Lee, H.Takao, K.Sawada, M.Ishida: "A Three-Axis Accelerometer for High Temperatures with Low Temperature Dependence Using a Constant Temperature Control of SOI Piezoresistors"IEEE The 16^<th> Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2003). 478-481 (2003)
• [文献書誌] M.Ishida, H.Takao: "Silicon Microsensors for Severe Environment Using SOI Technology"IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines. Vol.123・2. 31-36 (2003)
• [文献書誌] H.Takao, M.Ishida, K.Sawada: "A Pneumatically Actuated Full In-Channel Microvalve with MOSFET-Like Function in Fluid Channel Networks"IEEE/ASME Joint Publication Journal of Microelectromechanical Systems. Vol.11・5. 421-426 (2002)
• [文献書誌] H.Takao, M.Ishida, K.Sawada: "A Silicon Pneumatic Microvalve with Full In-Channel Structure and the Formation Thechnology of Functional Fluidic Integrated Circuits"Proceedings of IEEJ The 19^<th> Sensor Symposium. 425-428 (2002)