高温対応ダイヤモンドMEMS磁気センサ

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22KF0382
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 廖 梅勇 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主席研究員 (70528950)
• 研究分担者: ZHANG ZILONG 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• キーワード: ダイヤモンド / MEMS / 磁気センサ

研究実績の概要

本研究では、500℃までの高温MEMS磁気センサーを開発することを目指す。 今年度は、単結晶ダイヤモンド を巨大な磁歪 FeGa 膜と結合することにより、オンチップの統合型単結晶ダイヤモンド (SCD) MEMS 磁気トランスデューサを実証した。 FeGa 膜は、機械共振子の駆動、外部磁場の自己感知、および共振信号の電気的な読み取りのために多機能化された。 オンチップ単結晶ダイヤモンド MEMSトランスデューサは、室温から500℃まで3.2 Hz/mTの高感度と、300℃まで9.45 nT/Hz＾0.5の低ノイズレベルを示した。 共振周波数の最小変動は室温で1.9×10^(-6)、300℃で2.3×10^(-6)で、高温でも10nT未満の磁場分解能をを達成した。 さらに、並列電気読み出しを備えた単結晶ダイヤモンド MEMS 共振器アレイも実現され、磁気イメージ センサーの開発への道が開かれた。8x8 ダイヤモンドMEMSカンチレバーアレイも開発された。 今回の研究により、高性能および高い熱安定性を備えた、集積されたオンチップ MEMS 共振器トランスデューサの開発が期待されている。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of defects on Q factors of single-crystal diamond MEMS resonators (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zilong、Chen Guo、Gu Keyun、Koizumi Satoshi、Liao Meiyong
  • 雑誌名: Functional Diamond 巻: 3 ページ: 2221280
  • DOI: 10.1080/26941112.2023.2221280
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] On‐chip Diamond MEMS Magnetic Sensing through Multifunctionalized Magnetostrictive Thin Film (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zilong、Zhao Wen、Chen Guo、Toda Masaya、Koizumi Satoshi、Koide Yasuo、Liao Meiyong
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 33 ページ: 2300805
  • DOI: 10.1002/adfm.202300805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diamond MEMS: From Classical to Quantum (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Huanying、Zhang Zilong、Liu Yulong、Chen Guo、Li Tiefu、Liao Meiyong
  • 雑誌名: Advanced Quantum Technologies 巻: 6 ページ: 2300189
  • DOI: 10.1002/qute.202300189
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Diamond MEMS resonators for real-time dual sensing of magnetic fields and temperatures up to 300℃ (2024)
  • 著者名/発表者名: ZHANG, Zilong, 顧 克云, 陳 果, SANG, Liwen, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • 学会等名: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Diamond microresonators with on-chip actuation and sensing for magnetic sensing at high temperatures (2024)
  • 著者名/発表者名: ZHANG, Zilong, 顧 克云, 陳 果, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • 学会等名: The International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC)
• [学会発表] Effect of magnetostrictive film thickness for enhancing magnetic sensing performance of diamond MEMS resonator (2023)
  • 著者名/発表者名: ZHANG, Zilong, 陳 果, 顧 克云, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • 学会等名: 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会.
• [学会発表] On-chip diamond MEMS resonators magnetic sensing uo to 500℃. (2023)
  • 著者名/発表者名: ZHANG, Zilong, 陳 果, Guangchao Chen, KOIZUMI, Satoshi, KOIDE, Yasuo, LIAO, Meiyong
  • 学会等名: The 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2023)
• [学会発表] High-temperature diamond MEMS magnetic sensor with on-chip actuation and sensing (2023)
  • 著者名/発表者名: ZHANG, Zilong, 陳 果, SANG, Liwen, KOIDE, Yasuo, KOIZUMI, Satoshi, LIAO, Meiyong
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会