【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.12】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0155
利用課題名 / Title
ナノギャップMEMSデバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
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）-
【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）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
ナノギャップ,近接場放射,熱制御技術,量子効果デバイス/ Quantum effect device,環境発電/ Energy Harvesting,エレクトロデバイス/ Electronic device,熱電発電/ Thermoelctric Power Generation,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
熱制御素子などへ応用が期待される大面積平行平板ナノギャップの高スループットな創製方法確立と、そのギャップ間熱輸送メカニズムの解明を目的として、単結晶シリコンのへき開を応用したナノギャップ創製とそのギャップ間隔制御機構を一体化したMEMSデバイスの開発と、Raman分光法によるギャップ間温度差測定を用いてMEMSデバイスによる高スループットなナノギャップ創製、制御の実証と、ナノギャップ間熱輸送間隔依存性の実験的測定を行う。
実験 / Experimental
ナノギャップ創製・制御用MEMSデバイスはSOIウエハを材料に作製した。
このデバイス(Fig. 1)はサブµmのシリコン構造をDRIEにより作製する必要が有り、特にリソグラフィーにおいて高い解像度と金属・Siパターン重ね合わせ精度が要求された。
そこで、京都大学ナノハブ拠点でレティクルの作製、及びリフトオフ用レジストの塗布を行い、東北大学のi線ステッパ(TU-063)を用いてリソグラフィを実施した。
更に、リフトオフプロセス後、Si用パターンを同様にTU-063を用いてリソグラフィした。
結果と考察 / Results and Discussion
金属パターンは最小線幅が1 µmと細く、高い解像度が要求されたが、TU-063により光学顕微鏡観察で±0.1 µm程度の精度でパターニングできた。また、Siパターンの最小開口幅0.8 µmの高い解像度が、金属・Siパターンは1µm程度の高い重ね合わせ精度が要求されたが、最小開口幅パターンも±0.1 µm程度、重ね合わせ精度0.5 µmでパターニングできた。露光用レティクルは京都大学ナノハブ拠点での作製となり、施設横断的な上、レティクルはナノハブ拠点のニコン製i線ステッパ用のウエハサーチマークなどを採用しており、懸念点であったが、本手法で、ステッパの公称精度に迫る精度でリソグラフィを実施できた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 ナノギャップデバイスの概要図
デバイスはSOIウエハから作製され、宙づりで支えられた音叉状シャトル、固定部のアンカー、シャトル両側の静電アクチュエーターと静電容量センサーからなる。
タブ構造を介してシャトルへ引張力を印加すると、シャトルとアンカー間の切欠きでへき開が生じ、ナノギャップが形成される。
ナノギャップ形成後、静電アクチュエーターによりギャップ間隔を変化させ、静電容量センサーによりギャップ間隔を測定できる。
Fig.2 i線ステッパによりパターニングした金属/Siの重ね合わせパターン
金属パターンは最小線幅が1µm、Siの最小開口幅は0.8µmである。
金属パターンとSiパターンの重ね合わせ精度は0.5µmである。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
他機関利用：京都大学（JPMXP1224KT2083）
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