【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23KT1121
利用課題名 / Title
薄膜弾性波を利用した高感度質量センサの創製
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
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）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
薄膜共振子, 弾性波, 厚みすべりモード, ZnO,センサ/ Sensor,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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)
高柳 真司
所属名 / Affiliation
同志社大学 生命医科学部 医情報学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
冨山直樹,吉田侑矢
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
諫早伸明
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-118：高圧ジェットリフトオフ装置
KT-203：電子線蒸着装置
KT-210：ドライエッチング装置
KT-234：深堀りドライエッチング装置（１）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
圧電共振子に分子が付着すると、その質量負荷により共振周波数が低下する。逆にこの低下分を質量に換算することで付着質量を絶対計測できる。さらに、横波型の圧電共振子を用いると、液体中でも共振状態を維持できるため、液体中での分子付着を検出できる。本研究では、生活習慣病リスクマーカーの抗原抗体反応を検出することを目的として、横波型薄膜共振子質量センサを開発する。そこで、京都大学ナノテクノロジーハブ拠点の設備を利用してセンサデバイス用電極の微細加工を行った。また、作製したセンサの共振特性を測定した。
実験 / Experimental
Fig. 1に示す構造の横波型薄膜共振子を作製した。
i) 4インチSOI基板上にAu/Cr下部電極膜を蒸着しパターニング
ii) 電極膜上にc軸が基板面に対して平行となる(11-20)面配向のZnO圧電膜を成膜（同志社大学にて）
iii) 作製したZnO膜をパターニング
iV) Au/Cr上部電極膜を蒸着しパターニング
V) CYTOP保護膜をスピーンコーティングしパターニング
Vi) SOI基板裏面のSi酸化物層をドライエッチングし、Si層を深掘りエッチング
続いて、ネットワークアナライザを用いて作製した横波型薄膜共振子の共振特性を測定した（同志社大学にて）。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig. 2に作製した薄膜共振子1つの顕微鏡画像を示す。電極膜、圧電膜、保護膜に大きな割れや剥がれなどは見られなかった。4インチ基板上にはFig.2のような共振子が約200個作製されている。これまで横波を励振するために必要な(11-20)面配向ZnO膜の作製について、4インチ基板上では中心に近い位置で結晶性が劣化していた。しかし、今回はZnO膜のスパッタ成膜時に基板付近にシールドを設置することで結晶性を向上させた（口頭発表(1)）。Fig. 3に作製した薄膜共振子の周波数ーアドミタンス特性を示す。4インチ基板中心から18 mm、28 mmのいずれにおいても、500MHz-550MHz付近で最大となる共振ピークが確認された。また、シールドを用いて作製した試料の共振・反共振のアドミタンス比が大きくなっており、結晶性の向上によって効率良く横波が励振できるようになったと考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Schematic image of shear-mode bulk acoustic wave resonator.
Fig. 2 Microscopic image of shear-mode bulk acoustic wave resonator.
Fig. 3 Admittance curves of shear-mode bulk acoustic wave resonators at (a) 18 mm
Fig. 3 Admittance curves of shear-mode bulk acoustic wave resonators at (b) 28 mm from substrate center.
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.
- N. Tomiyama, et al., Proc. 2023 IEEE International Ultrasonics Symp., 2023, in press.
- 冨山、佐藤、高柳、柳谷、第70回応用物理学会春期学術講演会、17p-D505-4。
- N. Tomiyama, et al., 2023 IEEE International Ultrasonics Symp., D1L-05, 2545.
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