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零熱膨張ガラスの熱弾性散逸機構の解明とそのデバイス応用

零热膨胀玻璃热弹耗散机理阐明及其器件应用

基本信息

批准号：
21H01776
负责人：
塚本貴城
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

MEMS振動子の熱弾性損失を極めて小さくできる可能性のある零熱膨張ガラスについて，その微細加工技術を研究開発した．通常入手可能な零熱膨張ガラスの厚さは数１００マイクロメートル程度の厚さが有り，このままでは，微小振動子としては厚さが厚すぎる．そのため，シリコン等の支持基板に接合してから加工を始める必要がある．そのため，まず最初に，シリコンと零熱膨張ガラスの接合方法を開発した．硼珪酸ガラスとシリコンの接合に使われる陽極接合の技術を零熱膨張ガラスに応用する方法を考えた．接合可能な温度，電圧の条件を明らかにした．その後，シリコンと零熱膨張ガラスの熱膨張率差による反りを補正しながら研磨する方法を開発し，１０マイクロメートル程度まで均一に零ガラスを薄くすることに成功した．さらに，零熱膨張ガラスの反応性イオンエッチングによる微細加工の方法を確立した．零熱膨張ガラスのエッチングの場合には，通常のフォトレジストはエッチングマスクとして不十分であることがわかったので，電気めっきによる金属（ニッケル）厚膜マスクを用いて加工を行った．その結果，反応性イオンエッチングにより零熱膨張ガラスが垂直に微細加工できることが証明された．また，零熱膨張ガラスを３次元MEMS振動子（半球振動子，HRG)に応用するための加工方法について研究を行った．HRG構造を作製するためには，予め深堀エッチングにより加工したシリコン基板と零熱膨張ガラスを真空中で接合し，その後，高温処理によりガラスを変形させる必要がある．そのための接合条件，研磨条件，高温加工条件を明らかとした．

MEMS oscillator thermal loss is extremely small, the possibility of zero thermal expansion is very small, and the micromachining technology is studied and developed. Generally, it is possible to start with zero thermal expansion, and the thickness is several 100. The support substrate is bonded to the substrate. The joint method of zero thermal expansion and zero thermal expansion was developed. The bonding technology of boron nitride and silicon nitride anode is studied. Bonding temperature, voltage and other conditions are clearly defined. After that, the method of correcting the thermal expansion rate difference of zero thermal expansion was developed. In this paper, the method of micromachining with zero thermal expansion is established. In the case of zero thermal expansion, usually, the film is not very thick, and the metal film is processed. As a result, the anti-thermal expansion of the micro-machining process is zero and the micro-machining process is vertical. In order to study the processing method of the three-dimensional MEMS vibrator (hemispherical vibrator, HRG), the zero-thermal expansion process of the three-dimensional MEMS vibrator (hemispherical vibrator, HRG) is carried out in vacuum bonding. After processing, the high-temperature process is carried out in vacuum bonding. Joining conditions, grinding conditions, high temperature processing conditions.