高温過酷環境下での物理センシングのための雑音を利用した確率検出型炭化珪素MEMS

昨年度までに製作した炭化珪素(SiC)により作製した確率型MEMSセンサの作製工程の最適化と動作確認を行った。作製工程において、SiC薄膜を加工するために用いたSiO_2薄膜を除去する際に、C_4F_8プラズマによるドライエッチングを用いていたが、この除去工程でパッシベーション膜がSiC薄膜表面に残り、電極パッドを形成する際の電気的な抵抗となることが明らかとなった。その対策として、ウェットエッチングによってSiO_2を除去することで、金属-SiC界面でのコンタクト抵抗が少ない電極パッドの形成に成功した。また、低抵抗SiC薄膜を用いたため、Cr薄膜によるコンタクト抵抗は、SiC薄膜の構造体の抵抗と比べ無視できる小さいことが分かった。次に作製したセンサの室温での動作確認を行った。昨年度報告した、センサと駆動・検出回路との間に発生するノイズによってSN比の低下する問題を解決するため、乗算器回路を用いた検出回路によってノイズ低減ができる駆動・検出回路を開発した。この回路を用いて、SiCの確率型センサを模擬したSOIウェハを用いた確率型センサの正常動作および電気的な動作検出を確認できたが、SiCで作製した確率型MEMSセンサにおいては、傾き量の測定原理となっているプルイン・リリース動作が不可能であることが明らかとなった。原因は、リリースするための非線形ばねの復元エネルギーが、スティッキングにおける表面力のポテンシャルを越えられなかったためである。この問題は、非線形ばねを再設計することで簡単に解決できると考えられる。高温環境下での測定試験を行うまでの確率型センサの基礎的な研究成果を出すことができた。したがって、この試験を行うことができれば、高温用同軸ケーブルの信号線やワイヤーボンディングに用いられるNiとセンサに用いられる電極パッドとの機械的・電気的接触の安定性や、確率型センサの高温環境下での特性について議論できるようになると考えられる。

昨年度までに製作した炭化珪素(SiC)により作製した確率型MEMSセンサの作製工程の最適化と動作確認を行った。作製工程において、SiC薄膜を加工するために用いたSiO_2薄膜を除去する際に、C_4F_8プラズマによるドライエッチングを用いていたが、この除去工程でパッシベーション膜がSiC薄膜表面に残り、電極パッドを形成する際の電気的な抵抗となることが明らかとなった。その対策として、ウェットエッチングによってSiO_2を除去することで、金属-SiC界面でのコンタクト抵抗が少ない電極パッドの形成に成功した。また、低抵抗SiC薄膜を用いたため、Cr薄膜によるコンタクト抵抗は、SiC薄膜の構造体の抵抗と比べ無視できる小さいことが分かった。次に作製したセンサの室温での動作確認を行った。昨年度報告した、センサと駆動・検出回路との間に発生するノイズによってSN比の低下する問題を解決するため、乗算器回路を用いた検出回路によってノイズ低減ができる駆動・検出回路を開発した。この回路を用いて、SiCの確率型センサを模擬したSOIウェハを用いた確率型センサの正常動作および電気的な動作検出を確認できたが、SiCで作製した確率型MEMSセンサにおいては、傾き量の測定原理となっているプルイン・リリース動作が不可能であることが明らかとなった。原因は、リリースするための非線形ばねの復元エネルギーが、スティッキングにおける表面力のポテンシャルを越えられなかったためである。この問題は、非線形ばねを再設計することで簡単に解決できると考えられる。高温環境下での測定試験を行うまでの確率型センサの基礎的な研究成果を出すことができた。したがって、この試験を行うことができれば、高温用同軸ケーブルの信号線やワイヤーボンディングに用いられるNiとセンサに用いられる電極パッドとの機械的・電気的接触の安定性や、確率型センサの高温環境下での特性について議論できるようになると考えられる。