【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.07.05】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23TU0069
利用課題名 / Title
温度補償共振子の作製
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
アクチュエーター/ Actuator,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
山田 駿介
所属名 / Affiliation
東北大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
戸津健太郎,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-058：マスクレスアライナ
TU-056：両面アライナ
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究の目的はSiウェハのドーピング濃度・タイプ、構造、モード、角度を制御することで、さまざまな温度に対して共振特性の変化が少ないMicro Electro Mechanical system (MEMS)デバイスを作製することである。これにより、様々な環境下で精度の高いセンサ、タイミング素子が実現でき、Society 5.0時代に求められるフィジカル空間とサイバー空間を結ぶハードウェアを実現する。機械的な共振は、MEMS技術の重要かつ基本的な特性であり、MEMS共振子（レゾネーター）はセンシングやタイミングデバイスに使用されている。しかしながら、Siのヤング率が温度特性をもつため、MEMSデバイスの共振周波数は温度に対して変化し、安定した共振は実現できていない。先行研究では、ウェハのドーピング濃度・タイプ、振動モードを最適化することで、共振の温度依存性を低下させたが、その効果は限定的である。そこで、本研究では上記パラメータに加えて、新しい自由度をデバイスに組み込むことで、温度依存性を改善する。本研究の核となる新しい自由度として「デバイスのウェハ内の角度」を導入した。
実験 / Experimental
スピンオンドーピングによりデバイス層をドーピングし、そのデバイス層を微細加工してMEMSレゾネーターを作製した。スパッタリングより金属電極を作製し、アライナMA6とDeep RIEプロセスにより構造を作製した。ハンドル層にDRIEを用いて穴を作製して、ベイパーフッ酸をもちいて構造をリリースした。レゾネーターの温度特性評価に関しては、真空チャンバとレゾネーターを利用した。
結果と考察 / Results and Discussion
シミュレーション通りの形状をFig. 1に示すようにSOIウェハに作製でき、温度補償MEMS共振子を作製した。真空チャンバにペルチェ素子を入れて、Fig. 2に示すような実験系で温度特性を評価した。ペルチェ素子で加熱・冷却して設定温度に到達したあと、真空引きにより数Pa程度の圧力下で共振周波数をロックインアンプとレーザードップラー振動計を用いて測定した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Photograph of the temperature compensated resonator (Scale bar 300 µm).
Fig. 2 Experimental setup for the investigation of temperature dependence. Photograph is the resonator and temperature sensor for calibration
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.
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