マイクロ・ナノメカニカルシステムの高周波デバイス応用

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本研究の目的は、シリコンマイクロマシニング技術によって高速で振動する微小な機械的振動子を製作し、その振動を真空電界放出現象の電子によって検出する方法を確立することにある。また,研究の応用先として、高周波無線通信用の高Q値周波数フィルタを想定している。2005年度は、(1)電界放出電流を安定に測定するための周辺回路の構成、(2)シリコン基板中への漏れ電流を低減するためのマイクロ構造の設計手法の確立、(3)マイクロ振動子による電界放出電流の変調の測定の3点を重点的に検証した。まず、(1)の電界放出電流の計測に関しては、デバイスを収納した超高真空装置に高耐圧・高アイソレーションのフィードスルー(特別設計品)を取り付け、その端子と市販の半導体パラメタアナライザとの間に測定環境の電磁ノイズが乗らないように配線を接地した。使用装置には、アノード、カソードそれぞれに±200Vまでの高電圧を印加でき、かつ、数十pA程度の微小な電流を計測できるものを使用した。(2)に関しては、シリコン酸化膜によって絶縁されているマイクロ構造間のリーク電流(数nm)が問題になったために、隣接するパターン間にシールド電極を挿入し、かつ、金属被覆工程(スパッタ)の回り込みを抑制できるパターン構成を考案した。(3)に関しては、電界放出電流の再現性が不十分ではあるが、静電アクチュエータ型の振動子の動きによって電流強度に変調が掛かる様子を観察することができた