Research on Vibrometer using MEMS Resonator with Ultra-low-resonance-frequency

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は小型でかつ低い共振周波数をもつ振動計の実現を目指している。構造上のポイントは二つある：(i) 「負のバネ定数」をもつ電極構造を利用して極めて小さなバネ定数を実現する、(ii)シリコンウェハを貫通する深堀加工により重いマスを実現する。この小さなバネ定数と重いマスによりMEMSとしては世界最小の1Hzの共振周波数を実現する。このデバイスは振動計のほか、地震計、重力計など様々なセンサーに応用できる。本デバイスは次の二つの工程から作成する：(i)部分的に溝を形成したガラスウェハとシリコンウェハを陽極接合させる、(ii)シリコンウェハ部を貫通する深堀加工を行い可動構造を作成する。このうち(i)の工程はほぼスケジュール通りに進んだが、(ii)の工程では想定外の問題が発生し解決までに時間を要した。以下その状況を説明する。まず、(ii)の工程で使用する深堀加工装置が故障し、復旧するまでのあいだ別の拠点で加工条件検討を実施したため、想定外の時間のロスが発生した。また深堀加工の工程においてデバイスが熱によるダメージを受けるという問題が発生した。この問題は加工に従い放熱時間が増大するという本構造固有の特徴に起因するものである。解決策として、深堀加工のステップ間に冷却期間を設ける方法を採用した。現在は動作サンプルが得られており、デバイスの共振周波数およびその電圧可変が確認できている。しかし機械バネ定数がやや大きく、1Hzの共振周波数実現にはもう少し時間がかかる見込みである。上記のように試作において本構造固有の課題が発生したが、その課題と解決方法は本デバイスを製造する上での重要な知見と考えている。同内容は国際学会Transducers 2023に投稿し採択されている。