見守りモニタリングシステム用ワイヤレス超小型集積多軸MEMS加速度センサの開発

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MEMSセンサ技術と情報・通信技術の融合技術の開発を狙いとして、ウエアラブル遠隔医療システムを想定し、4種の超小型MEMS加速度センサの設計、試作とそれらを組み込んだワイヤレス集積MEMSセンサの開発実験を行い、有用性を評価した。センサの設計:有限要素法構造解析を行い、最適な検出用シリコンビームの形状・構成、ピエゾ抵抗素子の配置を導出し、ブリッジ配線し、三軸の加速度が検出できる構成を決定した。この結果を基に、レイアウトCADを用い、具体的なフォトマスクデーターを作成した。製作プロセス開発:3μmのデバイス層を有するn型SOIウエハを用いた半導体プロセスを主体としたMEMSプロセス技術で製作した。センサチップの外形寸法は縦500μm×横500μm×高さ550μmとなった。加速度センサの検出素子として線幅500nmのナノスケールピエゾ抵抗素子を紫外線ステッパによるリソグラフィとボロンのイオン注入法によるp型不純物層によって形成した。また、電極配線はAl-Siのスパッタリングによって製膜し厚さ200nm×幅800nmに形成した。検出用シリコンビームとおもりは深堀反応性イオンエッチングによって形成した。センサチップの裏面には150μm厚のガラス基板を接合した。センサ特性評価:製作した超小型加速度センサのプロセス評価および特性評価にはSEM,FE-SEM,AFM,振動試験装置システムおよび電気計測器などを用いて行った。ワイヤレス集積MEMS加速度センサの実装・性能評価:ウエアラブル遠隔医療システムを想定し、三軸加速度センサに処理回路、高周波ワイヤレス送受信回路を実装したセンサモジュールを製作した。通信プロトロルはZigbee(IEEE802.15.4-2003)方式を用いPCによってリアルタイム測定処理を行い、人の姿勢や運動などを検出・評価した。