【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TT0013

利用課題名 / Title

ナノ粒子空間制御用マイクロアクチュエータの開発

利用した実施機関 / Support Institute

豊田工業大学 / Toyota Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

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）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

アクチュエーター/ Actuator,光学顕微鏡/ Optical microscope,ナノ粒子/ Nanoparticles,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,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)

山口　 堅三

所属名 / Affiliation

徳島大学・ポストLEDフォトニクス研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

佐々木実,大槻浩,中山幸子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TT-005：マスクレス露光装置
TT-006：マスクアライナ装置
TT-008：洗浄ドラフト一式
TT-011：Deep Reactive Ion Etching装置（Boschプロセス）
TT-033：MEMS用統合解析ソフト

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

MEMS専門ではないが、マイクロ静電アクチュエータを研究に活用したいと考えていた。2022年度の学生研修がきっかけで、豊田工大の佐々木教授に相談しながら、静電櫛歯アクチュエータの試作を依頼した。2023年度のアクチュエータは75Vで約25µmの変位を得たが、ナノギャップ制御の研究テーマのためには、低電圧での変位を安定に出来ないかを相談した。また、ナノギャップ制御においては、移動シャトル側、デバイス層表面上にナノ粒子を置くことになる。デバイス層のエッチング断面プロファイルは、完全に垂直であるか、表面が若干突き出たネガティブなテーパ構造が良い。2023年度のアクチュエータ（JPMXP1223TT0015）は、場所によっては底面が突き出ている若干ポジティブなテーパ構造であった。

実験 / Experimental

試作はSOI（Silicon On Insulator）基板の表と裏から、Si深掘りエッチングを行う、SOI-MEMSプロセスとした。デバイス層の厚さは60μmとした。比較的丈夫な構造となるため、移動シャトルの上に、ナノ粒子を置くなどの追加工がし易いと考えられる。Fig.1はデバイスの模式図である。この中には、アクチュエータが2つある。移動シャトルはグランド電位にして駆動する。移動シャトルの周辺は同じグランド電位の構造物で囲まれているように設計し直した。これにより、変位の安定化を図った。また、Si深掘りエッチングのレシピを微修正して、デポジションに対してエッチング効果が若干強くなるようにした。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig.2は試作した静電アクチュエータアレイの一部を観察したものである。2種のアクチュエータデザインが合計144個並んだ17mm角チップである。2023年度のアクチュエータよりもフットプリントが小さくなり、同じ面積で2倍の数のアクチュエータが得られる。SEM観察では、照射した電子ビームで帯電する様子がハンドル層の島状構造によって異なるため、構造は個々に濃淡が違って観察される。Fig.3は移動シャトル先端と対面構造の断面の様子が分かるように斜め観察したものである（Fig.1模式図の下側）。ほぼ垂直から若干ネガティブなテーパ構造であることが分かる。意中の構造であり、昨年度よりも改善された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1. Newly designed electrostatic actuators.

Fig.2. SEM image of the fabricated electrostatic actuator array.

Fig.3. Vertical profile of the tip end of the moving shuttle and the facing structure.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

共同研究者：佐々木実教授（豊田工業大学 大学院工学研究科）

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