非線形効果を用いた振動型高感度赤外線センサ

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21656105
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 佐々木 実 豊田工業大学, 工学部, 教授 (70282100)
• 研究分担者: 熊谷 慎也 豊田工業大学, 工学部, 准教授 (70333888)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 計測工学 / マイクロ・ナノデバイス / 赤外線センサ / 振動型 / 非線形効果

研究概要

張力を持つ薄膜MEMSねじり振動子に熱変形が重なると、顕著にバネが硬くなる非線形性を示す性質を利用し、新しい赤外線センサを提案した。設計・製作し、基本特性を確認した。昇温により膜厚程度のたわみが発生すること、共振周波数が増加することが確認された。共振周波数の変化を利用した熱型赤外線センサとなる。製作したデバイス例では、真空条件での共振ピークのシフトから、少なくとも0.04℃の温度変化が測定できると見積もられ、有望である。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of Optical Flatness of Stretched Membrane Drum-Type Micromirror (2012)
  • 著者名/発表者名: Subrata Kumar Kundu, Akiyoshi Hikita, Shinya Kumagai, Minoru Sasaki
  • 雑誌名: Journal of Lightwave Technology 巻: Vol.30 ページ: 1377-1385
  • DOI: DOI:10.1109/JLT.2012.2186432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple-Height Microstructure Fabricated by Deep Reactive IonEtchingd Selective Ashing of Resist Layer Cmbined with Ultraviolet Curing (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Kumagai, Akiyoshi Hikita, Takuya Iwamoto, Takashi Tomikawa, Masaru Hori, Minoru Sasaki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.51 ページ: 01AB04
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.01AB04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Realization of Stabilized Temperature Characteristics and LowVoltage Drivingof Micromirror Using Thin Film Torsion Bar of Tensile Poly-Si (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Sasaki, M. Fujishima, K. Hane, H. Miura
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: Vol.15, No.5 ページ: 1455-1462
  • 査読あり
• [学会発表] Analysis of Hard Sring Effect of Tense Poly-Si Torsion Bar of Micromirror Proc (2012)
  • 著者名/発表者名: Subrata Kumar Kundu, Shouhei Ogawa, Shinya Kumagai, Masayuki Fujishima, Kazuhiro Hane, Minoru Sasaki
  • 学会等名: 2011 IEEE Int. Conf. on Optical MEMS and Nanophotonics
  • 発表場所: Banff, Canada in schedule
  • 年月日: 20120806-09
• [学会発表] マイクロミラー用簿膜トーションバーにおけるハードスプリング効果の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小川翔平, 熊谷慎
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会,講演予稿集
  • 発表場所: 早稲田大
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] 張力を持つ簿膜MEMSねじり振動子を利用したセンサ (2012)
  • 著者名/発表者名: 山崎辰山, 佐々木実, 熊谷慎也
  • 学会等名: 日本機械学会,東海学生会,第43回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2012-03-14
• [学会発表] Dynamic Deformation of Stretched Membrane in Drum-Type Micromirror (2011)
  • 著者名/発表者名: Subrata Kumar Kundu, Akiyoshi Hikita, Shinya Kumagai, Minoru Sasaki
  • 学会等名: Proceedings of 2011 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20111106-09
• [学会発表] Nonlinear spring characteristics analyzed b y a macro model of an electrostatically driven micromirror device (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinya Kumagai, Gyu I1 Shim, Ryoichi Mimoto, Minoru Sasaki
  • 学会等名: Proceedings of the 4th intnational conference on manufacturing, machine design and tribology
  • 発表場所: 蒲郡
  • 年月日: 2011-04-26
• [学会発表] UVキュアによるレジスト硬化を利用した多段階立体構造のエッチング加工 (2011)
  • 著者名/発表者名: 熊谷慎也, 疋田晃義, 岩本拓也, 佐々木実
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会講演予稿集
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] マイクロミラー用簿膜トーションバーの精密計測とハードスプリング効果に関する考察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小川翔平, 熊谷慎也, 佐々木実
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第60期総会講演会講演論文集
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学
  • 年月日: 2011-03-15
• [学会発表] Light-Weighted Micromirror Fabricated Using Stacked Photoresist Masks Reaized by UV Curing (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hikita, T. Iwamoto, S. Kumagai, M. Sasaki
  • 学会等名: Proceedings of the 4th International Conference on PLAsma-Nano Technology and Science
  • 発表場所: 高山
  • 年月日: 2011-03-11
• [学会発表] Multiple-height Microstructure Fabricated by ICP-RIE and Masking Layers Using Only Photoresists (2011)
  • 著者名/発表者名: A. HIKITA, T. IWAMOTO, S. KUMAGAI, M. SASAKI
  • 学会等名: Proc. 3rd Int. Symp. Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Nonlinear Spring of Thin Film Torsion Bar with Tension for Micromirror (2010)
  • 著者名/発表者名: Shouhei Ogawa, Shinya Kumagai, Minoru Sasaki
  • 学会等名: Proceedings of the 17th International Display Workshops
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 2010-12-02
• [学会発表] Extending Rotation Range Confirmed by Macro Model of Gap-closing Type Electrostatic Micromirror Controlling Non-linearity of Torsion Bar (2009)
  • 著者名/発表者名: G. Il Shim, R. Mimoto, S. Kumagai, M. Sasaki
  • 学会等名: Proceedings ofThe 16th International Display Workshops
  • 発表場所: 宮崎
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] 張力の加わったトーションバーを持つマイクロミラーのマクロモデルによる解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 沈規一, 味元良一, 熊谷慎也, 佐々木実
  • 学会等名: 第26回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集
  • 発表場所: 船堀
  • 年月日: 2009-10-15
• [学会発表] Microactuator Using Tensile Thin Film (2009)
  • 著者名/発表者名: Minoru Sasaki
  • 学会等名: International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-10-11
• [学会発表] Nonlinear Spring of Thin Film Torsion Bar with Tension for Micromirror (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Sasaki, S. Kumagai, M. Fujishima, K. Hane, H. Miura
  • 学会等名: Extended Abstracts of the 2009 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-10-09
• [図書] アクチュエータ研究開発の最前線 (2011)
  • 著者名/発表者名: 樋口俊郎、大岡昌博、佐々木実
  • 総ページ数: 185-189
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [図書] Next-Generation Actuators Leading Breakthroughs (2010)
  • 著者名/発表者名: Minoru Sasaki
  • 出版者: Springer
• [備考] 研究期間外ではあるが、以下の特許出願を行った。「ねじり振動を利用した赤外線の検出方法とこれを実施したねじり振動を利用した赤外線の検出装置」(出願日)平成21年3月31日(出願番号)特願2009-83939
• [備考] 以下のホームページに、今後の学会投稿時に新規性を失わない範囲で最新の結果を紹介する。
  • URL: http://www.toyota-ti.ac.jp/mems/index.htm
• [備考] 同種の研究テーマとして、以下を受けた。「高感度ねじり振動型MEMS赤外線センサ」平成21年度独立行政法人科学技術振興機構JSTシーズ発掘試験2,000千円(研究代表者:佐々木実)
• [備考] 振動子のリリースプロセスである超臨界乾燥では(株)レクザムの協力を受けた。非線形バネの解析に利用したマイクロミラーは東北大学マイクロ・ナノマシニング研究教育センターにて、羽根一博教授の協力を受け製作された
• [産業財産権] トーションバーを用いた静電駆動型マイクロミラーデバイス (2010)
  • 発明者名: 佐々木実、羽根一博
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 特許、第4446038号
  • 取得年月日: 2010-01-29