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．

我们研究并开发了用于零热膨胀玻璃的微加工技术，该技术有可能导致MEMS传感器的热弹性损失极小。通常可用的零热膨胀玻璃的厚度约为几百微米，如果这样仍然如此，对于微振荡器而言，它太厚了。因此，有必要在与硅等支撑基材料（例如硅）结合后开始处理。因此，首先，我们开发了一种连接硅和零热膨胀玻璃的方法。我们提出了一种应用用于将硼硅酸盐玻璃粘合到零热膨胀玻璃的阳极键合技术的方法。阐明了可以连接的温度和电压的条件。之后，我们开发了一种通过热膨胀系数差异而纠正扭曲的硅和零热膨胀玻璃的方法，并成功地使零玻璃均匀均匀较薄至约10微米。此外，已经建立了通过反应性离子蚀刻来精细处理零热膨胀玻璃的方法。在蚀刻零热膨胀玻璃的情况下，发现正常的光蛋白天作为蚀刻面膜不足，因此使用厚金属（镍）膜使用电镀进行膜进行膜。结果，事实证明，反应性离子蚀刻允许垂直对零热膨胀玻璃进行微加工。我们还进行了有关将零热膨胀玻璃施加到三维MEMS传感器（半球传感器，HRG）的处理方法的研究。为了制造HRG结构，有必要通过深入蚀刻到真空中的零热膨胀玻璃处理的硅基板，然后通过高温处理使玻璃变形。阐明了粘结条件，抛光条件和高温处理条件。