MEMSと回路の融合に関する研究

MEMS与电路融合研究

• 批准号: 09J08933
• 负责人: 橋本 康史
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J08933/
• 关键词: MEMS; 半導体; 電子回路; センサー; FET; リングオシレータ; ピエゾ抵抗; ひずみセンサ

ピエゾ抵抗カンチレバーを用いたセンサーに対し、同一ウェハ上に各種半導体部品を製作して回路の集積を行う研究を進めた。これによりセンサチップ上でより高度な処理を実現し、集積化したセンサ情報の多重化など、複雑なセンサシステムを構築する上での基盤技術の形成を目指した。まず始めにピエゾ抵抗カンチレバーセンサーとダイオードを同一SOIウェハ上に製作するプロセスの研究を進めた。不純物拡散時の酸化膜マスクや熱拡散工程の最適化を行い、ピエゾ抵抗カンチレバーとダイオードのプロセスの両立に成功した。これにより印加する電圧の極性に応じてセンサーを切り替えられるピエゾ抵抗カンチレバーを実現すると共に、センサーと一緒に回路を集積化するための基礎技術を獲得した。次に先のカンチレバーセンサーに対してMOSFETを同一ウェハ上に集積するプロセスの研究を進めた。ダイオードの試作での蓄積もあり、ピエゾ抵抗カンチレバーと同一ウェハ上にMOSFETを集積化することに成功した。これを元に増幅回路を搭載したピエゾ抵抗カンチレバーセンサーの試作に着手し、同一チップ上での信号増幅まで確認することに成功した。さらに計画を前倒しし、2年目に予定をしていたセンサチップ上への集積回路の搭載の研究を進めた。当初は差動増幅回路の搭載を予定していたが、センサ信号の取り出しとして電圧では無く周波数に変換して取り出すことを考え、リングオシレータを搭載したセンサチップの研究を行った。リングオシレータの遅延回路中にピエゾ抵抗カンチレバーセンサーを組み込み、センサーの変形に応じて周波数の変化するオシレータを試作した。このセンサーにて、実際に変形を与えて周波数変化が起こることまで確認することに成功した。このリングオシレータを使用したセンサチップを用いれば、多数のセンサチップの情報を周波数多重化して同時に伝送することが可能になる。これまでのセンサではセンサの数に応じた多数の配線が必要であったが、この様にセンサチップ上に処理回路を載せることで、1本の信号線で多数のセンサ情報が伝送できるようになるなど、MEMSセンサの応用範囲の飛躍的な向上が見込める。

已经进行了研究以通过在同一晶圆上制造各种半导体组件，用于使用压电悬臂的传感器来整合电路。这允许在传感器芯片上进行更先进的处理，并旨在创建用于构建复杂传感器系统的基本技术，例如集成传感器信息的多路复用。首先，我们研究了制造压电性悬臂传感器和在同一SOI晶圆上的二极管的过程。优化了氧化物膜掩模和热扩散过程以进行杂质扩散，并成功实现了压电悬臂和二极管的过程。这已经实现了一个压电性的悬臂，该悬臂可以根据施加电压的极性切换传感器，并且还获得了将电路与传感器集成的基本技术。接下来，我们研究了将MOSFET与悬臂传感器集成在同一晶圆上的过程。由于二极管的积累，我们成功地将MOSFET集成了与压电的悬臂相同的晶圆。基于此，我们开始了配备放大器电路的原型压电悬臂传感器，并成功确认了同一芯片上的信号放大。此外，该计划是向前迈进的，并研究了安装在第二年的传感器芯片上的集成电路。最初，我们计划安装差分放大器电路，但是考虑到我们将传感器信号转换为频率而不是电压并提取它，我们对配备环振荡器的传感器芯片进行了研究。将压电性的悬臂传感器掺入了环振荡器的延迟电路中，振荡器的频率根据传感器的变形而变化。该传感器能够实际应用变形并确认发生频率变化。使用此环振荡器使用传感器芯片可以通过频率多路复用从大量传感器芯片中同时传输信息。以前，传感器需要根据传感器的数量进行大量接线，但是通过将处理电路放在传感器芯片上，可以在单个信号线上传输大量传感器信息，这可以显着改善MEMS传感器的应用范围。

项目成果

Single Pulse Proximal Distance Sensor with Thermoacoustic Transmitter

带热声发射器的单脉冲近程距离传感器

• 发表时间: 2009
• 作者: Y.Hashimoto;A.Nakai;K.Matsumoto;I.Shimoyama
• 通讯作者: I.Shimoyama