微細加工技術を用いて作製したシリコンゴム膜の機械的特性の評価

采用微加工技术制造的硅橡胶膜的机械性能评价

基本信息

批准号：
03F00216
负责人：
坂真澄
金额：
$ 0.32万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、MEMSデバイスで多く用いられているシリコンゴム膜の信頼性や耐久性を向上するため、シリコンゴム膜のナノ領域での機械特性を評価する新しい手法の開発を目的とする。粘弾性体であるシリコンゴム膜の信頼性を実際に評価するためには、ヤング率だけでは不十分であり粘弾性率の測定が必要不可欠と考えられる。本研究では、モデル化したシリコンゴム膜に対して以前に開発した解析的手法を応用することにより、シリコンゴム膜の粘弾性率の測定を可能とする新しい手法の開発を行う。さらに、上記の成果を踏まえて、薄膜材料のナノ領域での機械特性を定量評価する手法を開発する。本年度はシリコンゴム膜の粘弾性特性を測定可能な実験システムの構築を行い、以下の実績を得た。PZT振動子の上にシリコンゴム膜を設置し、20〜1000Hzの低周波数で振動させ、一方原子間力顕微鏡(AFM)のカンチレバーの探針部に微小な粒子を装着し、シリコンゴム膜の表面に接触させ、シリコンゴム膜を介してカンチレバーが受けた振動により発生するカンチレバーのたわみの変化を高精度変位計により検出し、シリコンゴム膜の粘弾性特性を計測するシステムの構築を実施した。さらにPZTの振動周波数、カンチレバーの寸法、探針部微小粒子の寸法および重量と粘弾性特性の計測感度の関係の解明や、粘弾性体の振る舞いを表現するのに最も適する力学モデルとして知られているケルビンモデルを用いてシリコンゴム膜の粘弾性率の定量評価等を着手した。

本研究的目的是开发一种在纳米尺度上评估硅橡胶薄膜机械性能的新方法，以提高常用于MEMS器件的硅橡胶薄膜的可靠性和耐用性。为了实际评价作为粘弹性体的硅橡胶膜的可靠性，仅杨氏模量是不够的，并且粘弹性模量的测量被认为是必要的。在这项研究中，我们将开发一种新方法，通过应用先前开发的分析方法来模拟硅橡胶薄膜，从而能够测量硅橡胶薄膜的粘弹性模量。此外，基于上述结果，我们将开发一种在纳米尺度上定量评估薄膜材料机械性能的方法。今年，我们搭建了一个可以测量硅橡胶薄膜粘弹性特性的实验系统，并得到了以下结果。将硅橡胶膜放置在 PZT 振动器顶部，并以 20 至 1000Hz 的低频振动。同时，将微粒附着在原子力显微镜（AFM）悬臂梁的尖端，硅橡胶的表面构建了一个系统来测量硅橡胶膜的粘弹性特性，通过使用高精度位移计来检测悬臂梁通过硅橡胶膜接收到的振动引起的悬臂挠度的变化。此外，我们还阐明了PZT的振动频率、悬臂尺寸、针尖中微粒的尺寸和重量以及粘弹性特性的测量灵敏度之间的关系，被认为是最适合表达我们已经开始使用开尔文模型定量评估硅橡胶薄膜的粘弹性模量。