マルチチャンネル水晶振動子マイクロバランスの超小型化、高感度化に関する研究

多通道晶体振荡器微天平超小型化、高灵敏度研究

基本信息

  • 批准号:
    14655313
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.86万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Exploratory Research
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2002 至 2003
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

マイクロ・ナノマシニング技術を用いて、単一水晶基板上に多数の振動子が配列したマルチチャンネル型の水晶振動子マイクロバランス(QCM)を製作した。このマルチチャンネル型QCMは、各々の振動子に異なる感応膜を被覆し周波数応答を比較することでケモメトリック分析等が可能な画期的なセンサである。このQCMセンサの質量検出感度は周波数の自乗に逆比例するために板厚が薄いほど高感度になることが知られている。これまでに、水晶を鏡面のまま微細加工できる反応性イオンエッチング技術を開発し、その微細加工技術を用いて水晶板を部分的に薄くし高感度化を達成しかつ干渉せずに振動する逆メサ構造の振動子を製作してきた。その結果、支持損失を抑えて高いQ値(低損失)となる最適形状条件を実験的に見い出した。このように、高感度な振動子の製作方法が確立した一方、振動子を薄くするあるいは小さくすると粘弾性負荷に対して不安定になるという新たな問題が明らかになった。これを解決するために振動子中央部に振動エネルギーが集中するように水晶板の板厚を変える加工技術を開発した。具体的には、ホトレジストをリフローによりレンズ形状にし鏡面エッチング技術でこの形状を水晶板に転写することでコンベックス形状の大量一括生産を実現した。上記方法で製作した振動子の振動特性を評価し、未加工の場合と比較してQ値が二倍高くかつ溶液中での振動特性が優れていること等を明らかにした。
使用微纳米机械技术,制造了多通道石英晶体微平衡(QCM),其中将多个换能器排列在单个晶体基板上。该多通道QCM是一种开创性的传感器,可以通过用不同的敏感膜涂层每个振荡器并比较频率响应来进行化学计量分析。众所周知,该QCM传感器的质量检测灵敏度与频率平方成反比,因此板厚度越薄,灵敏度越高。到目前为止,已经开发了反应性离子蚀刻技术,可以在仍在镜像的同时对晶体进行微分化,并使用这种微作业技术,晶体板的部分较薄,达到了高灵敏度,并已用倒置的MESA结构制造,可振动而不会干扰。结果,我们在实验上发现了最佳形状条件,从而导致高Q值(低损失),同时抑制了支撑损耗。虽然已经建立了一种制造高敏感换能器的方法,但已经发现一个新问题表明,变薄或减少换能器对粘弹性载荷变得不稳定。为了解决这个问题,我们开发了一种处理技术来改变石英板的厚度,以使振动能量集中在振动器的中部。具体而言,光晶鼠会流动以形成镜头,并使用镜像蚀刻技术将这种形状转移到石英板上,从而导致散装凸形的质量产生。评估了通过上述方法制造的振动器的振动特性,并揭示了Q值的高度是原材料的两倍,并且溶液中的振动特性非常好。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Li Li, Takashi Abe, Masayoshi Esashi: "Fabrication of miniaturized bi-convex quartz crystal microbalance using reactive ion etching and melting photoresist"Sensors and Actuators A. (出版予定). (2004)
Li Li、Takashi Abe、Masayoshi Esashi:“利用反应离子蚀刻和熔化光致抗蚀剂制造小型化双凸石英晶体微天平”传感器和执行器 A.(即将出版)。
  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Li Li, Takashi Abe, Xinghua Li, Masayoshi Esashi: "Smooth Surface Glass Etching by Deep RIE with Sf_6/XeGas"ROCEEDINGS OF THE 19TH SENSOR SYMPOSIUM. 19. 249-252 (2002)
Li Li、Takashi Abe、Xinghua Li、Masayoshi Esashi:“使用 Sf_6/XeGas 进行深 RIE 的平滑表面玻璃蚀刻”第 19 届传感器研讨会的会议记录。
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Vu Ngoc Hung, Takashi Abe, Phan Ngoc Minh, Masayoshi Esashi: "Miniatured, highly-sensitive single-chip multichannel quartz-crystal microbalance"APPLIED PHYSICS LETTERS. 81. 5069-5071 (2002)
Vu Ngoc Hung、Takashi Abe、Phan Ngoc Minh、Masayoshi Esashi:“微型、高灵敏度单芯片多通道石英晶体微天平”应用物理学快报。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Takashi Abe, Li Li, Vu Ngoc Hung, Masayoshi Esashi: "ENERGY DISSIPATION IN SMALL-DIAMETER QUARTZ CRYSTAL MYROBALAMCE EXPERIMENTALLY STUDIED FOR ULTRA-HIGH SENSITIVE GRAVIMETRY"Proceedings of The 16th Annual International Conference on Micro Electro Mechan
Takashi Abe、Li Li、Vu Ngoc Hung、Masayoshi Esashi:“小直径石英晶体MYROBALAMCE中的能量耗散实验研究用于超高灵敏度重力测量”第16届微型机电国际年会论文集
  • DOI:
  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Li Li, Takashi Abe, Masayoshi Esashi: "Smooth surface glass etching by deep reactive ion etching with SF_6 and Xe gases"Journal of Vacuum Science and Technology B. 21. 2545-2549 (2003)
李力,Takashi Abe,Masayoshi Esashi:“用SF_6和Xe气体进行深反应离子蚀刻的光滑表面玻璃蚀刻”真空科学与技术杂志B.21.2545-2549(2003)
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