【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2575
利用課題名 / Title
電熱アクチュエータを一体化したへき開面ナノギャップデバイスの作製
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
ナノギャップ,電熱,近接場熱輸送,アクチュエーター/ Actuator,ダイシング/ Dicing,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
霜降 真希
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
藤原幹太
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-118：高圧ジェットリフトオフ装置
KT-119：両面マスク露光&ボンドアライメント装置
KT-234：深堀りドライエッチング装置（１）
KT-212：シリコン酸化膜犠牲層ドライエッチングシステム
KT-203：電子線蒸着装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
10 nm以下のPlate-Plateナノギャップ間の熱輸送特性の解明を目的とし、電熱アクチュエータを用いた、単一チップで単結晶シリコン梁のへき開を用いたナノギャップの創製から間隔制御まで可能なナノギャップデバイスを開発した。へき開の成功率向上のため、単結晶シリコンの物性の温度依存性を考慮したマルチフィジックスモデルを開発し、有限要素法解析により発生応力を正確に見積もっ た電熱アクチュエータを設計した。開発したナノギャップデバイスで電熱アクチュエータの変位測定実験、へき開実験を行った。
実験 / Experimental
デバイスはSOIウエハから作製し、電子線蒸着装置（KT-203）によってAuとCrを蒸着し、高圧ジェットリフトオフ装置（KT-118）によってリフトオフした。デバイス層は、マスクレス露光装置（KT-119）で露光し、レジス
ト現像装置で現像した後、深堀りドライエッチング（KT-234）で加工した。現像後のデバイスを図１に、ドライエッチング後のデバイスを図２に示す。構造リリースはシリコン酸化膜犠牲層ドライエッチングシステム（KT-212）を用いた。リリース後のデバイスを図３に示す。作製したナノギャップデバイスの電極パッドに電圧を印加し、印加電圧を変化させながら電熱アクチュエータの先端の変位を測定と切欠き部でへき開するか観察した。
[利用した他の設備]
KT-218：レーザダイシング装置、KT-110：レジスト現像装置、KT-111：ウエハスピン洗浄装置、KT-107：厚膜フォトレジスト用スピンコーティング装置、KT-108：レジスト塗布装置
結果と考察 / Results and Discussion
マスクレス露光装置では図4に示したように、線幅１.5 µmは精度よく描写できた。しかし、斜めの線では図5に示すように構造が波打っていた。
単結晶シリコンの温度依存性を考慮したマルチフィジックスモデルを用いたFEM解析は、低温域では作製した電熱アクチュエータの印加電圧と変位量の測定結果と良く一致し、電熱アクチュエータの設計に有効であることを示した。へき開実験では、へき開する前にシリコン梁が融解してしまい、ナノギャップは創製できなかった。その原因は、FEM解析では、切欠き部の曲率半径を200 nmとしていたが、マスクレス露光装置の描写精度によって切欠きが大きくなることで応力集中が小さくなってしまい、へき開に必要な応力を印加できなかったためだと考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 現像後のデバイス画像
図２ ドライエッチング後のデバイス画像
図３ リリース後のデバイスの外観画像
図４ マスクレス露光後の描写結果（直線部）
図５ マスクレス露光後の描写結果。（斜線部では波打った形状になっている）
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件