【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.04.24】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22TU0020
利用課題名 / Title
ポリマー圧電MEMSデバイスの応用研究 / Polymer piezo-MEMS actuator development
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
ポリマー圧電アクチュエータ, MEMSスピーカ,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,スパッタリング/Sputtering,MEMSデバイス,IoTセンサ
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
鈴木 裕輝夫
所属名 / Affiliation
東北大学 マイクロシステム融合研究開発センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
松本達也，Tianjiao Gong, 王 旭晨
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
森山 雅昭
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-206：アルバックICP-RIE#2
TU-202：DeepRIE装置#2
TU-314：熱電子SEM
TU-056：両面アライナ
TU-310：レーザ／白色共焦点顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
薄膜圧電MEMSアクチュエータはSiを板バネ母材としての応用研究，実用化が行われてきた。Siは破壊強度が高く，室温では塑性変形しない優れた機械特性を持つ材料であるが，弾性結晶異方性や共振エネルギーの内部損失が少ないという特徴を持つ。我々は，従来のSi母材の薄膜圧電MEMSアクチュエータでは得られない機械特性を得るために，Siに代わる板バネ母材として種々のポリマー材料の利用を検討研究している。
本年度は，ポリマーと圧電膜のユニフォルムアクチュエータについて研究を行う。第1段階として，適切な機械特性のポリマー材料の探索を行い，適切な圧電膜との厚組み合わせを実験的に選定する。
実験 / Experimental
ジメチルポリシロキサン(PDMS)のウェハプロセス条件を検討する。１）２液混合比とスピンコート特性の関係を評価する。２）トレンチ形状への埋め込み特性を評価する。３）ドライエッチングのガス種SF6とCHF3を比較検討する。
結果と考察 / Results and Discussion
1)Fig.1に2液混合比毎のスピーカーブを示す。膜厚20 μmを制御するには主剤と架橋剤5:1が適していることが分かった。また，膜厚測定では，段差計(G-05, G-06)は厚膜領域で不正確となるので，レーザー/白色共焦点顕微鏡(G0-10)が適していることが分かった。2)SiにDeep RIE (E-01)にて15 μm深さで加工したトレンチ形状への埋め込み特性を熱電子SEM(G-14)にて評価した（Fig.2）。10~50 μm幅のトレンチにボイドなく埋め込まれており，またその直上で平坦になる特徴を確認した。3)ドライエッチングはアルバックICP-RIE#2 CE-300(E-06)にて評価し，SF628sccm, 圧力1.5 Pa, RF 600 W, Bias 300 Wにて約25μｍ/minのエッチングレートが得られた。CHF3では1/4以下のエッチングレートしか得られなかった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 PDMS spin carve by mixture ratio
Fig. 2 SEM image of PDMS filling
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・参考文献 Y. Hirano, Y. Suzuki, N. Fujita, C. -M. Li, H. Chiba and S. Tanaka, "PZT MEMS Speaker Integrated with Silicon-Parylene Composite Corrugated Diaphragm," 2022 IEEE 35th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems Conference (MEMS), Tokyo, 2022, pp. 255-258, doi: 10.1109/MEMS51670.2022.9699539.
利用した主な設備（欄不足分）
TU-326
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件