Study of high density and high freedom tactile device using MEMS technology

利用MEMS技术研究高密度高自由度触觉装置

• 批准号: 21K12002
• 负责人: 曽根 順治
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Polytechnic University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12002/
• 关键词: ヒューマンインターフェイス; メタバース; バーチャルリアリティ; インタラクション; MEMS; 触覚; 力覚; ヒューマンインタフェース; 超音波

1. カンチレバー型のMEMSこの試作においては、PZTより圧電性能が高いと産総研などから報告されているPLZTの成膜を行い、2020-2021年度で成膜条件を詰めてきた。2022年度の後半から東北大での試作が緊急事態宣言の緩和があり、PZTより、少し性能の良いLaを0.7%付加したPLZT圧電膜が成膜できるようになった。カンチレバーの強度を向上させたカンチレバー型のMEMSデバイスの試作が実施できた。新しく採用したPLZT成膜剤の粘度が高く、2cm角の基板では、厚みが0.5μｍを超えると外側に割れが生じるため、4cm角基板での製作を実施した。両端部は、20ピンのFFPコネクタのスロット接続部である。2. 超音波型デバイス超音波型のデバイスは、共振周波数を30KHz以下となるように、設計して、圧電膜にPLZTを採用してデバイスを作成した。最初の試作結果では、新たな問題が発生した。それは、配線を絶縁する酸化膜に、PLZTのPb成分がドーピングされて、絶縁性が落ちてしまい、その絶縁層上に形成する配線も綺麗に成膜できない問題があった。そのために、配線の作成を圧電膜の成膜の後に実施することにより、絶縁膜のPbドープを防いだ。そのために、配線とグランドの接触問題を防ぐために、下部電極の微小領域をエッチングと酸化チタン膜コートによる、Pbドープの防止を施し、正常に配線できるようにした。裏面は、振動板が40-70μmになるように、Si基板の垂直彫り込みを実施している。さらに、上部電極は、2μmのPLZT膜の上部に形成されるために、基板の配線部まで、段差を連結する必要があり、200nmのPtのスパッタ配線では、この段差を埋める導通が難しかった。そのために、現在は、2μmの段差部を、厚膜のAl蒸着や、Cuメッキを実施して配線の改善を試している。一部のデバイスでは、Al厚膜の蒸着を実施した結果、80KHzの広帯域のマイクロフォンを用いて、音波を測定し、26KHz付近に共振点を確認した

Type 1. カ ン チ レ バ ー の MEMS こ の attempt に お い て は, PZT よ り 圧 electrical が high い と production 総 research な ど か ら report さ れ て い る PLZT の film-forming を い, 2020-2021 annual で film-forming condition を wall め て き た. After 2022 year の half か ら northeast big で の attempt が declaration of emergency の ease が あ り, PZT よ り, less し performance の 0.7% plus the い La を し た PLZT 圧 electric membrane が film-forming で き る よ う に な っ た. カ ン チ レ バ ー の strength を upward さ せ た カ ン チ レ バ の ー type MEMS デ バ イ ス の attempt が be applied で き た. New し く using し た PLZT film tonic の high viscosity が く, 2 cm Angle の substrate で は, thick み が 0.5 mu m を super え る と lateral に cut れ が raw じ る た め, 4 cm substrates で の making を be applied し た. The two ends タ, 20ピ <e:1> <s:1> FFPコネ タ タ スロット are connected to the 続 part である. Type 2. Ultrasound デ バ イ ス type ultrasound の デ バ イ ス は, resonance frequency を below 30 KHZ と な る よ う に, design し て, 圧 electric membrane に PLZT を using し て デ バ イ ス を made し た. Initially, the results of the で trial work で and the new たな problem が gave rise to た た. そ れ は, wiring を never try す る acidification membrane に, PLZT の Pb composition が ド ー ピ ン グ さ れ て fall, never try が ち て し ま い, そ の never try level に form す る wiring も beautiful に film-forming で き な い problem が あ っ た. そ の た め に, wiring の made を 圧 electric membrane の film-forming の に after be applied す る こ と に よ り, never try membrane の Pb ド ー プ を anti い だ. そ の た め に, wiring と グ ラ ン ド の contact problem を anti ぐ た め に tiny area, the lower electrode の を エ ッ チ ン グ と acidification チ タ ン membrane コ ー ト に よ る, Pb ド ー プ の prevent を し, normal に wiring で き る よ う に し た. Inside,, the vibration plate が40-70μmになるように, the Si substrate <s:1> vertical engraving 込みを application <s:1> て る る る. さ ら に, upper electrode は, 2 microns の PLZT film の に upper formation さ れ る た め に, substrate の wiring ま で, poor segment を link す る necessary が あ り, 200 nm の Pt の ス パ ッ タ wiring で は, こ の period of poor を buried め る conduction が difficult し か っ た. そ の た め に, は now, 2 microns の period of poor を, thick film の Al steamed with や, Cu メ ッ キ を be applied し て wiring の try improve を し て い る. A の デ バ イ ス で は, Al thick film の steamed を be applied し た results, 80 KHZ の hiroo 帯 domain の マ イ ク ロ フ ォ ン を with い て, sonic を し, 26 KHZ paying nearly に resonance point を confirm し た

项目成果

超音波触覚デバイスの開

超声波触觉装置的开启

• 发表时间: 2023
• 作者: 曽根 順治

UC Berkeley/Berkeley Senosr and Actuator Center/Prof. Liwei Lin(米国)

加州大学伯克利分校/伯克利高级执行器中心/Prof. Liwei Lin(美国)

薄型樹脂型プリチャージ触覚デバイスの検討

薄型树脂型预充电触觉装置的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Junji Sone;Tatsuya Sato;Shinmyo Yanagawa;Katsumi Yamada;Liwei Lin;曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明
• 通讯作者: 曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明

チャージ型柔軟薄膜触覚デバイスの開発

带电柔性薄膜触觉装置的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 曽根 順治;曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明
• 通讯作者: 曽根順治,佐藤龍弥,栁川信明

多点触覚デバイスの検討

多点触觉设备的考虑

• 发表时间: 2022
• 作者: 曽根 順治，佐藤 龍弥;萩原 順平
• 通讯作者: 萩原 順平