【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22KT1091
利用課題名 / Title
MEMSセンサの開発
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
マイクロヒーター,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,MEMSデバイス/ MEMS device,3D積層技術/ 3D lamination technology,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology
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)
照元 幸次
所属名 / Affiliation
ローム株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
赤坂俊輔
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
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
KT-105：両面マスクアライナー
KT-234：深堀りドライエッチング装置（１）
KT-204：該当設備なし
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
現在、小型・低消費電力・安価であり、長期安定性にも優れている高分子容量式の湿度センサが家電を中心に普及している。一方で、結露環境においては計測誤差が大きく、また結露により高分子が劣化してしまうため、屋外や産業機器・車載用途への普及が遅れている。イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を用いたMEMS湿度センサでは、湿度計測部がマイクロヒーターにより500℃に加熱されているため結露せず湿度を計測できる。また、結露による劣化も進行しないため、長期的な信頼性も期待できる。
今回、MEMS技術を応用したマイクロヒーター上に薄膜化したYSZセンシング部を積層してMEMS型酸素センサを作製し、酸素センサ特性と湿度センサ特性の観測に成功した。[1]
実験 / Experimental
Si基板上にマイクロヒーターと薄膜型YSZセンシング部を積層し、最後に裏面からSi基板をDRIE法でエッチングして、MEMS型酸素センサを作成した。ドライエアと窒素ガスを混合することで酸素濃度を調整し、酸素濃度を調節したガスを湿度調節器に通して湿度を調整した。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.1はマイクロヒーターの抵抗加熱でメンブレン温度を575℃に加熱して、酸素濃度・湿度を変化させて、YSZセンシング部の電圧電流特性を評価した結果である。2段階の電圧を変化させても電流が変化しない飽和電流領域が観測された。低電圧側(V＝1.1 V)の飽和電流値は酸素濃度に応じて変化し、高電圧側(V=1.8 V)の飽和電流値は湿度に応じて変化しており、酸素センサ、及び湿度センサとして動作することが確認された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Oxygen concentration and humidity dependence of voltage-current characteristics
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
- [1] S. Akasaka, I. Kanno, “Oxygen and humidity sensing property of a limiting current-type thin-film YSZ-based sensor on a micro-hotplate”, 2022 IEEE Sensors, submitted.
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