ピエゾＭＥＭＳの信頼性確保を目指した圧電体膜の結晶構造およびドメイン構造評価

评估压电薄膜的晶体结构和畴结构，以确保压电MEMS的可靠性

基本信息

批准号：
12F02766
负责人：
舟窪浩
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02766/
关键词：
MEMS 圧電体 Pb(Zr, Ti)O3 電界下測定劣化機構解明 Pb(Zr, Ti)0_3 Pb(Zr,Ti)O_3

项目摘要

MEMS(Microelectro mechanical system)は、人間の脳を高度化したのがコンピュータだとすると、筋肉や五感（目、鼻、耳、触感）等を高度化するデバイスであり、安全で安心な社会構築に向けて非常に重要な技術である。圧電体を用いたMEMSは小型化に有利なことから、MEMSの本命技術といわれているが、実用化の例は必ずしも多くない。最大の問題は、圧電体を再現性良く作製することが非常に難しいことによっている。本研究では、圧電MEMSの性能を決定している圧電体のドメイン構造の制御および観察を行うことを目的としている。これまで行ってきた膜の特性劣化の機構を透過型電子顕微鏡やラマン分光法を駆使して解析し、その原因を突き止める。これによって、特性の劣化を引き起こす原因を明らかにした。振動を用いた発電に使用への期待がある水熱合成(K,Na)NbO3について、TEMによる解析を行ったところ、膜厚方向にKとNaの組成分布が存在することが明らかになった。これがバルクで観察される大きな圧電性のK/(K+Na)依存性が膜では観察されない原因であることを突き止めた。また、膜厚がナノメータオーダーのMEMSに適用の可能性にある(Zr,Hf)O2膜についても研究を行い、緻密な結晶化した膜が作製できていることを確認した。

MEMS（微机电系统）是一种改善肌肉和五种感官（眼睛、鼻子、耳朵、触觉）等的装置，就像计算机是人类大脑的高级版本一样，这是一项非常重要的技术。使用压电材料的MEMS被认为是MEMS最有前途的技术，因为它有利于小型化，但其实际应用的例子并不多。最大的问题是生产具有良好再现性的压电材料极其困难。这项研究的目的是控制和观察压电材料的域结构，它决定了压电MEMS的性能。我们将使用透射电子显微镜和拉曼光谱来分析我们迄今为止研究的薄膜性能劣化的机制，并找出原因。这揭示了特性劣化的原因。水热合成的 (K,Na)NbO3 有望用于振动发电，TEM 分析表明，K 和 Na 在膜厚度方向上存在成分分布。我们发现这就是为什么在体中观察到的大压电 K/(K+Na) 依赖性在薄膜中没有观察到的原因。我们还对(Zr,Hf)O2薄膜进行了研究，该薄膜具有纳米量级膜厚应用于MEMS的潜力，并证实可以制备致密的结晶薄膜。