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

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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。