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1 S. Tanaka Lab s Propriety mems tohoku 1 MEMS の新しい話題 田中秀治工学研究科ロボティクス専攻マイクロシステム融合研究開発センター東北大学

2 今年の話題 第 1 話 MEMS プラットフォーム ~SOI MEMS では勝負できない ~ 第 2 話成長する弾性波フィルタ 第 3 話中国での MEMS の急進展 第 4 話中国の MEMS は? 第 5 話圧電 MEMS の実用化 (AlN 編 ) 第 6 話圧電 MEMS の実用化 (PZT 編 ) 2

3 MEMS プラットフォーム ~SOI MEMS では勝負できない ~ mems tohoku

4 SOI MEMS プロセス T. D.Chen et al. (Analog Devices), Transducers 05, 1122 SiO 2 Si 3 N 4 Poly-Si Si Isolation trench 0.6 µm CMOS 4 Analog Devices XL40 加速度センサ

5 エピポリシリコンプロセス ポリ Si(TPL) 熱酸化膜 Si SiO 2 犠牲層 エピポリ Si (EPL) 1 Nucleation on SiO 2 by LPCVD at 650 (125 nm t) 2 Thick columnar poly-si deposition in a LP epitaxial reactor at 1000, 3 MPa stress, High deposition rate of μm/min Fh.G ISIT, Uppsala Univ., Thin Solid Films, 259 (1995) DRIE トレンチ 5 犠牲層エッチ 直接ポリ Si にアンカ Giacomo Langfelder et al., IEEE Sensor Journal, 11, 4 (2011) pp ST C5L24A

6 SOI MEMS( 旧 ) vs. Epi-poly Si MEMS( 新 ) SOI MEMS 埋め込み酸化膜を挟んでアンカー犠牲層エッチング時に時間制御 Epi-poly Si MEMS 基板に直接アンカー 6 可動構造下に配線層

7 3 層ポリシリコンプロセス (Robert Bosch) J. Classen et al. (Robert Bosch), IEEE MEMS 2017, pp 層構造 2 層構造 パッケージ応力によってオフセットにしにくい 樹脂モールド可能 Poly-Si #2 Poly-Si #1 酸化膜の すのこ構造 を形成することで, 大きな空洞があっても, その上に層を重ねるにあたって平坦化が不要 Poly-Si #3 7 日経 xtech

8 3 層ポリシリコン MEMS(Robert Bosch) J. Classen et al. (Robert Bosch), IEEE MEMS 2017, pp ねじりばねと上部電極 ( 赤, 緑 ) が中央部でアンカー 1 点留め パッケージ歪に鈍感 樹脂モールド可能 左のマスは中空, 右のマスは中実 z 軸感度 完全二重差動静電容量読出し 温特向上, 感度向上 対称性の高いシーソー構造熱膨張や不均一チャージアップによるドリフトを抑制 8 自動車用新世代 2 軸加速度 1 軸ジャイロセンサ Bosch SMI700/710(2015~) 7 7 mm 2

9 エピポリシリコン + 基板接合 MEMS(LETI) F. Maspero et al. (LETI), IEEE MEMS 2019, pp 日経 xtech 2019/5/ mm 2 の z 軸加速度センサ

10 ウェハレベル集積化慣性センサー (InvenSense) Steven Nasiri and Martin Lim, InvenSense, Inc. CMOS Al (500 nm) x y Direct bonding Al-Ge eutectic bonding 450 ºC, 300 N/wafer, 4 % H 2 in N 2 30 μm Ge (700 nm) ~70 μm 10

11 東北大学の集積化 MEMS プラットフォーム Yukio Suzuki et al., IEEE MEMS 2017, pp 日経テクノロジーオンライン, トヨタと東北大が新技術, ロボットセンサーと IC を安く積層 ( ) 他人の LSI をレーザー消去 金属接合 自分の LSI MEMS センサ 他人の LSI をレーザー消去 TSV ASIC レーザー消去部分 ASIC 平坦化後 300 μm レーザー消去部分 11

12 東北大学の集積化 MEMS プラットフォーム 12 Yukio Suzuki et al., IEEE MEMS 2017

13 成長する弾性波フィルタ mems tohoku

14 MEMS 売上ランキング 2017 & 2018 Million US$ 1 位 Broadcom( 旧 Avago Technologies) 位 Qorvo(TriQuint Semiconductor + RF Micro Device) 14 田中, 2018 年 MEMS 売上高ランキング トップ 30 には日本の 11 社, 日経 xtech, 2019/6/14

15 成長する弾性波フィルタ Yole Development (2019) スピーカー, pmut, 指紋センサ等 BAW フィルタ 慣性センサマイクロフォン圧力センサインクジェット 日経 xtech Photographs from Robert Aigner (Qorvo) 15 複雑化する RF モジュール, 増加する弾性波フィルタ バンド 25 Tx BAW フィルタ (Qorvo,2016)

16 弾性波フィルタへの難しい要求 耐電力性 LTEでサブキャリアがオーバラップすることあり 小さな非線形性 (Inter Modulation Distortion) キャリアアグリゲ ション 基本性能のさらなる向上 ( 挿入損失, カットオフ特性, 温度特性 ) 高難度バンドの存在 ( 例 :LTE Band 25,Band 11+21) 5Gの高周波バンド (3.5~5 GHz) Low band Mid band 1 GHz 3 GHz 4 GHz 5 GHz Band 25 Tx フィルタ特性 T. Takai et al. (Murata Mfg.), IEEE IMS 2016 アップリンク :1850 MHz 1915 MHz ダウンリンク :1930 MHz 1995 MHz ガードバンド :15 MHz 極めて狭い /700 MHz 3.3~4.2 MHz 4.4~5.0 GHz Balazs Bertenyi (Nokia), Chairman of 3GPP RAN Band n77 3.3~4.2 GHz Band n78 3.3~3.8 GHz Band n79 4.4~5.0 GHz

17 SAW or BAW? Andreas Link, Phil Warder (TriQuint Semiconductor), Golden Age for Filter Design, IEEE Microwave Magazine, August 2015, pp Hetero Acoustic Layer SAW 0.5 GHz 1.5 GHz 2.5 GHz 17

18 HAL 構造を有する弾性表面波 (SAW) デバイス 薄板化した LN または LT(t < λ) SiO 2 等 LN または LT Si, 水晶, サファイア等 Si, 水晶, サファイア等 従来の SAW デバイス HAL(Hetero Acoustic Layer) 構造の SAW デバイス バルク波 (BAW) 表面波 (SAW) LSAW/LLSAW 音速 18 縦波速い横波遅い横波 縦型漏洩 SAW 漏洩 SAW レイリー波 基板にバルク波が放射される ( 損失 ) 高音速かつ高結合係数だが, 漏洩波なので損失が大きい HAL(Hetero Acoustic Layer) 構造で漏洩 SAW を閉じ込め

19 超薄板 LT を用いた高性能 SAW デバイス ( 村田製作所 ) T. Takai et al. (Murata Mfg.), IEEE IUS 2016 岩本英樹他 ( 村田製作所 ), 日本学術振興会第 150 委員会, 第 148 回研究会, λ I.H.P. SAW technology LiTaO 3 h λ(1 μm 程度以下 ) 弾性波の閉じ込め周波数温度係数 (TCF) の改善 HAL SAW device Standard SAW device (42ºY-LT) >80 db Bandwidth 19 Si 高熱伝導率 50ºYX-LT for reported device Incredibly high performance in both Q factor and TCF Bode Q ~ 4000 バンド幅 3~3.5% Band 25 デュプレクサの TCF +8 ppm/k at left edge 8 ppm/k at right edge

20 薄板 LT/ 水晶 HAL SAW デバイス ( 東北大学 ) M. Kadota, S. Tanaka, IEEE International Ultrasonics Symposium ºYX LiTaO 3 (1.1 μm) 40ºY90ºX quartz 水晶は LTより大きな音速正の周波数温度特性を示す ( カット角による ) 温度補正 HAL SAWデバイス Impedance [Ω] CCu/42 o YX-LT BW 4.2% Z ratio 51 db λ 3.78 µm 51 db Frequency [MHz] Cu/20 o YX-LT/40 o Y90 o Xquartz BW 5.0% Z ratio 82 db λ 7.76 µm 82 db Measured frequency characteristics of Cu-metalized HAL SAW resonator on 20ºYX LT/ 40ºY90ºX quartz (right) and 42ºYX LT reference SAW resonator (left)

21 RF フロントエンドモジュールの産業構造 RF フロントエンドモジュール ( フィルタ + スイッチ + アンプ ) は, 日米の企業によって寡占化されている SAWフィルタ村田製作所,Skyworks( フィルタ部門はもとパナソニック ),RF360( もとEpcos,TDKが買収した後,Qualcommが51% の株を保有 ), Qorvo(TriQuintとRFMDが合併 ), 太陽誘電 ( もと富士通 ) BAW フィルタ (FBAR,SMR) Broadcom( もと Avago),Qorvo, RF360, 太陽誘電,Skyworks 日本 米国 Photograph: Reuters ZTE ショック 中国国営企業である ZTE( 中兴通讯 ) は米国の RF フロントエンドモジュール等の輸入ができなくなり, 経営危機に陥った 中国で BAW/SAW フィーバー 21

22 中国での BAW/SAW フィーバー 22 SAW/BAW フィルタを用いる RF フロントエンドモジュールは日米メーカーが寡占化中国は産業上 安全保障上の危機感を持つ ROFS Microsystem( 诺思 ( 天津 ) 微系統 ) 四川省綿陽市は FBAR フィルタを製造する诺思 ( 天津 ) 微系統 (ROFS Microsystem) と戦略的協力協定を締結 綿陽市游仙区の工場に総額 128 億元 ( 約 2100 億円 ) を投資 将来的には, 年間生産量 100 億個以上, 年間生産額約 150 億元 ( 約 2500 億円 ), 雇用 3000 人を見込む この企業の創業者らは産業スパイで FBI に指名手配され, 1 名は米国で拘束中 San an Optoelectronics( 三安光電 ) LED 大手企業 LED, パワーアンプ,SAW/BAW フィルタなどの技術開発と福建省泉州市での工場建設に,7 年間で 333 億元の投資を発表 田中, 中国スマホのアキレス腱 BAW フィルターの先端技術, 日経 xtech, その他にも多くの中国企業が BAS/SAW フィルタに取り組んでいる

23 中国での MEMS の急進展 mems tohoku

24 フラッグシップ国際会議での論文数 採択数 採択数

25 中国の MEMS (2018) ~ 進む欧米からの技術導入 田中秀治, 欧米 MEMS 企業の牙城崩せ 中国勢が続々切り込む, 日経テクノロジーオンライン Hankin Electronics( 罕王集団は鉱業, 鉄鋼, 精密機械などを主たる事業とする企業グループ ) は,2016 年 9 月に Maxim Integrated( 米国 ) の MEMS 事業を買収 遼寧省瀋陽に中国初となる 8 インチの MEMS 工場を新設 QR コードから Hanking Electron. CTO インタビュー 蘇州の政府系半導体企業である蘇州固鍀電子 ( Suzhou Good-Ark Electronics ) は 2010 年に Miradia( 米国 ) を買収し,2011 年に MiraMEMS を設立 TSMC をファウンドリとして使って慣性センサ等を製造 25 上海の上海矽睿科技 (QST) は, 上海のファウンドリである華虹半導体 (Hua Hong Semiconductor) 傘下の上海華虹 NEC 電子の工場に集積化 MEMS プロセスをインストールし, 慣性センサーを製造

26 QST の集積化 MEMS K. Wang (QST), Int. Conf. Commercialization Transducers & MEMS 2017, 田中秀治, 欧米 MEMS 企業の牙城崩せ 中国勢が続々切り込む : 日経テクノロジーオンライン Dr. Kegang Huang(Vice President, QSTは InvenSense,Fairchild Semiconductorなどで MEMSエンジニアとして活躍 このプロセスは華虹半導体グループの上海 Hua Hong NEC Electronics の工場にインストール,MEMS 量産中 26

27 MiraMEMS (TSMC Above-CMOS MEMS) Monocrystalline Si (a few μm) Gap (a few μm) Figure from IMEC (Poly-SiGe was gaven up) CMOS wafer A monocrystalline Si layer is bonded with a polished CMOS wafer, and used for MEMS. BEOL Last CMOS metal 27 Miradia MiraMEMS (Suzhou Good-Ark Electronics: 蘇州固鍀電 )

28 中国の MEMS (2018) ~ 政府補助で進む工場建設 28 田中秀治, 対米貿易紛争で加速する 中国 MEMS 工場への投資大口径ライン建設地で感じた 開発製造の自国化への熱意, 日経 xtech 2018/11/08 田中秀治, 中国 MEMS の急先鋒 Hanking CTO が語る工場と雇用, 日経 xtech 2018/12/07 田中秀治, 中国で MEMS 量産拡大 建設中の巨大工場を探訪, 日経 xtech 2019/4/9 厦門市の新しい半導体工場団地に, 同市の支援でパワーデバイスや LED ドライバを得意とする士兰微电子 (Silan Microsystems) の MEMS 工場 (8 インチ以上 ) が建設中 河南省鄭州市 (Zhengzhou) は, 鄭州ハイテクゾーンに中国インテリジェントセンサーバレー (3~5 km 2 ) を建設すると発表 5 年後に 1000 億元の産業を目指す 耐威科技 (Beijing NAV Technology) 傘下の大手 MEMSファウンドリSilex( スウェーデン ) は, 北京に8インチのMEMS OEMラインを建設中

29 圧電 MEMS の実用化 (AlN 編 ) mems tohoku

30 MEMS 超音波レンジファインダー (UC Davis) R. J. Przybyla, D. A. Horsley, B. E. Boser, IEEE J. Solid-State Circuits, 50, 1 (2015) f 0 = 1.6 mm Q = 18 BW = f 0 /Q = 12 khz Low-power (5 μw), Chip-sized ultrasonic range finder for gesture recognition 2 elements for transmitter (Hemispherical wave front) and 7 elements for receiver Theoretical angular resolution is15º. Pulse should be shorter for better resolution in distance, but larger than 2/BW to keep intensity. 138 μs ~ 24 mm in this study Resonant acoustic tube (Higher sensitivity) アパーチャ 3.5λ

31 MEMS 超音波レンジファインダー (UC Davis) R. J. Przybyla, D. A. Horsley, B. E. Boser, IEEE J. Solid-State Circuits, 50, 1 (2015) db line 31 SNR and angular error vs. Distance (The target is a plate of mm 2 ) Range > 1 m

32 超音波レンジファインダー (TDK-Chirp) 3.5 mm 1.25 mm CH-101: 誤差 0.35 m,170 khz CH-201:50 khz,5 m レンジ Photographs: 日経 xtech HTC VIVE Focus Plus Chirp Technology(UC Davis の David Horsley 教授らのスタートアップ ) TDK が買収 (2018) 対話型インターフェースやスマートウォッチへの応用も 32 Photographs: Amazon.com, Google, Apple, Samsung

33 TFT ベースの超音波指紋センサ (Qualcomm) Vivo XPlay 7 Displace or aluminum case on it through matching layer Polymer (e.g. SU-8) Vivo XPlay 7 (2017) The ultrasonic fingerprint sensor under OLED was used. Die size: ten-odd mm several mm AlN Mo Glass 33 US A1 Thermo-decomposed polymer? (<100 nm)

34 Galaxy S10 の超音波指紋センサが突破された Z. Zhou, S. Yoshida, S. Tanaka, Transducers 2017 pmut using Epi-PZT Z. Liu, S. Yoshida, S. Tanaka, Transducers D-printed fake fingerprint I attempted to fool the new Samsung Galaxy S10's ultrasonic fingerprint scanner by using 3D printing. I succeeded. by darkshark (April 4, 2019) 2 mm deep

35 集積化 MEMS 超音波指紋センサ Prof. D. A. Horsley (UC Davis), Prof. B. E. Boser (UD Berkeley), TDK-InvenSense, Inc. FBI standard 500 dpi 以上の解像度真皮下の構造も画像化湿気や汚れに対する堅牢性 AlN 圧電薄膜 Pixel size μm pixels dpi 35 Prof. D. Horsley s Seminar, 27 April 2017, Tohoku Univ. (Slides are available at S. Tanaka Lab website)

36 GHz 超音波指紋センサ (Cornell 大学 ) Justin C. Kuo, Amit Lal (Cornell University, Intel), IEEE MEMS 2017, pp No diaphragm 36 Reflected pulse AlN vibrates in thickness mode at 1.3 GHz. Distance resolution is μm. High frequency ASIC is necessary.

37 圧電 MEMS の実用化 (PZT 編 ) mems tohoku

38 従来の PZT 圧電 MEMS Piezoelectric MEMS gyro (Panasonic) Piezoelectric MEMS gyro (SSS) Stacked stainless steal sheet Piezoelectric film Piezoelectric MEMS gyro (Sony) Inkjet printer head (Brother) Inkjet printer head (Panasonic Konica Minolta) 38 Inkjet printer head (Xaar)

39 PZT マイクロミラーデバイス ( スタンレー電気 ) Stanley, Toshiyoshi Lab. 応用物理学会 2014 春 17p-E9-7 Toshiyoshi Lab. website 39 Resonant axis: ±14 Non-resonant axis: ±8 at 60 V

40 レーザースペックル解消デバイス ( リコー IS 東北大学 ) Mr. Fujimura at Ricoh Industrial Solutions, Visiting Researcher of S. Tanaka Lab 40 in JSTnews, April 2019 ナノインプリントで作製されたサブ波長位相拡散板を, 薄膜 PZT アクチュエータで x-y 駆動

41 圧電 MEMS スピーカ (USound) USound( オーストリア ),FhG ISIT 圧電 MEMS スピーカ PZT 膜 mm 3 2~15 khz STMicroelectronics で製造 4.7 mm 6.7 mm Usound, MEMS Engineer Forum 2019 t = 1.6 mm USound 41 3D バーチャルヘッドフォンへの応用既存の小形ダイナミックスピーカの置き換えイヤホンや補聴器への搭載ノイズキャンセリングやスピーカアレイへの応用 ( 高い制御性と性能の均一性 )

42 圧電 MEMS スピーカ (FhG ISIT) F. Stoppel et al. (Fraunhofer ISIT), Transducers 2017, T3P.098, pp mm square 42 クローズドダイヤフラムではなく, 片持ち梁構造によって大きな変位を実現 隙間を 5 μm にすることで, 空気漏れの影響なし ウーハーアクチュエータが動くと, ツイーターフレームは上に持ち上げられ, メンブレン全体で低音域の音圧を発生できる それでいて, ツイーターアクチュエータは, ウーハーアクチュエーターとは独立に動くので, 高音域の音圧を発生できる

43 Piezoelectric MEMS Speaker (FhG ISIT) F. Stoppel et al. (Fraunhofer ISIT), Transducers 2017, T3P.098, pp FhG ISIT MEMS speaker (10 10 mm 2 ) Designed Commercial dynamic speaker (AAC DMSP0916S, mm 3 ) 43 The device is fabricated by standard PZT MEMS process. ウーハーとツイーターはそれぞれ共振特性を持つが, うまく組み合わせて, 効率のよい駆動と, それでいて比較的良好な周波数特性を実現 周波数特性はフラットではないが, 駆動信号の周波数特性を整形することで解決可能

44 オートフォーカス用可変焦点液体レンズ (Wavelens) Stephane Nicolas et al. (CEA Leti, Wavelens), IEEE MEMS 2015, pp 薄膜 PZT アクチュエータでマッチングオイルを押すと, エラストマー製のメンブレンが膨らむ PoLight( ノルウェー ) も同様のデバイスを開発中 PZT actuator Elastomer membrane (several μm) Silicon (back-ground to 100 μm) 接合 正確な量のマッチングオイルが自動でガラスウェハ上のプールにディスペンスされ, ガラスウェハと Si ウェハが接合される 44 Thick photoresist Optical oil Glass (polymer bonded)

45 オートフォーカス用可変焦点液体レンズ (PoLight) Mahmoud A. Frghaly et al. (University College of Southeast Norway, PoLight), Optical Express, 24, 25 (2016) Schematic structure of varifocal lens PZT thickness = 2 μm Glass thickness = 20 μm Diameter = 3 mm Aperture = 1.6~1.7 mm 45 Rectangular Circular Rectangular Circular Calculated performance (Focal length f and RMS wavefront error versus applied voltage) for optimum geometry of varifocal lens

46 PZT 薄膜の信頼性 Smoother surface is better in terms of breakdown. The doping of Nb and Mn improves breakdown voltage. The bottom electrode of conductive oxide (e.g. SRO) is necessary for better reliability. Pt works as a catalyst for hydrogen-induced degradation of PZT. Dry etching can damage PZT, resulting in lower breakdown voltage. PECVD also can damage PZT by hydrogenated compounds. Humidity is a major source of degradation. Operation in vacuum may result in oxygen defects. 46 Fuji Film Dimatix, PiezoMEMS 2013

47 PZT の成膜 加工装置 ( 量産用 ) 2 μm ULVAC SME-200E/J ULVAC NE-5700/7800 PZT RIE 断面 (ULVAC) 山本, 上村, 応用物理学会 2014 秋 アルバックは, 薄膜 PZT MEMS に関する研究室を, 中国 蘇州の MEMSRIGHT/Nano-polis と共同で蘇州工業団地に設置する ゾルゲル成膜装置 : コーターとランプアニール 47 SCREEN SK-80EX SCREEN LA-830

48 PZT MEMS に取り組む主な企業 企業名 PZT 成膜 状況 PZT MEMSの業態 パナソニック PVD 事業化 自社 MEMS( ジャイロ ) アルバック PVD 事業化 ツール製造 (PVD,RIE) ファウンドリ ローム ゾルゲル 事業化 ファウンドリ ソニーセミコンダクタマニュファクチャリング ゾルゲル 事業化 自社 MEMS( ジャイロ ) ファウンドリで提供していない シリコンセンシングシステムズ PVD 事業化 自社 MEMS( ジャイロ ) ファウンドリ TDK,SAE Magnetics PVD 事業化 自社 MEMS(HDDヘッドアクチュエータ ) 富士フィルム PVD 事業化 自社 MEMS( インクジェット ) スタンレー電気 ADRIP 開発中 自社 MEMS( マイクロミラー ) リコー ゾルゲル 開発中 自社 MEMS( インクジェット, マイクロミラー ) STMicroelectronics ゾルゲル 事業化 ファウンドリ Robert Bosch PVD( アルバック ) 開発中 自社 MEMS ファウンドリも検討 TSMC ゾルゲル 開発中 ファウンドリ 48 公表済みの主な企業

49 HDD ヘッドアクチュエータ (TDK-SAE Magnetics) M. Nemoto (TDK-SAE Magnetics), 第 14 回圧電 MEMS 研究会 (2017) mm 2 t = 9 μm 19.4 nm/v 49 Wafer process Epi-PZT deposition on Si Patterning Release from wafer Assembly Epitaxial PZT film actuator - Small - Fast response - Low voltage - High reliability

50 エピタキシャル PZT 薄膜 ( 東北大学 ) PZT (Sputter) (a, b-axis length: nm, c-axis length: nm) SRO (PLD) (0.393 nm) PZT [001] 45 LSCO ( nm) (PLD) ( 2LSCO = nm) CeO 2 (PLD) ( nm) YSZ (PLD) ( nm) Si ( nm) SiO 2 SrRuO 3 LaSrCoO 3 CeO 2 YSZ Si substrate TEM image 10 nm e 31,f = -14 C/m 2, ε r33 = 200 ~ 300 [100] [010] 50 Epitaxial structure of PZT on Si S. Yoshida et al., Sensors Actuators A, 239 (2016) pp

51 圧電薄膜の比較 Application Actuator Active sensor (e.g. Gyroscope) Energy harvester Resonator (e.g. Acoustic wave filter) Passive sensor (e.g. Microphone) Figure of Merit (FOM) Piezoelectric constant d (Piezoelectric constant) 2 /(Dielectric constant) d 2 /ε Electromechanical coupling factor K 2 d 2 /ε (Electromechanical coupling factor) (Q factor) K 2 Q (Piezoelectric constant)/(dielectric constant) g = d/ε 51 Piezo film on Si Polycrystal PZT (MPB) Epitaxial PMN-PZT AlN Epitaxial PMnN-PZT 43%Sc-AlN e 31,f [C/m 2 ] ε 33r e 31,f /(ε 0 ε 33r ) [GV/m] (e 31,f ) 2 /(ε 0 ε 33r ) [GPa] Science 334 (2011) Our work Denso

52 圧電薄膜の比較 Transverse piezoelectric constant, e 31,f [C/m 2 ] e 31,f ε Relative dielectric constant, ε r33 Performance for gyroscope, (e 31, f ) 2 /ε 0 ε r33 [GPa] Performance for gyroscope, (e 31, f ) 2 /ε 0 ε r33 [GPa] FOM = (e 31,f) 2 ε 33 Conventional poly PZT 52 [1] [2] [3] [1] S. H. Baek B. Eom, Science 334, 958 (2011) [2] F. Calame, P. Muralt, Appl. Phys. Lett. 90, (2007) [3] N. Ledermann et al., Sens. Actuators A, 105, 162 (2003) [1] [2] [3]

53 エピ PZT を用いた pmut( 東北大学 ) Z. Zhou, S. Yoshida, S. Tanaka, Transducers 2017 Φ Φ 53 Φ

54 エピタキシャル PZT 薄膜 (KRYSTAL: 旧 YOUTEC) A venture company KRYSTAL in Japan is commercially providing an epi PZT film on a Si wafer. Some companies are using this film for R&D (pmut, microphone etc.). 54

55 エピ PZT を用いた pmut(uc Davis) G.-L. Luo, Y. Kusano, M. N. Roberto, David A. Horsley, IEEE MEMS 2019, pp μm radius, 2 μm thick PZT 40 khz for large range finding distance (~1 db/m attenuation in air at 40 khz) Epi PZT: e 31,f = 24.5 C/m 2, d 31 = 195 pc/n 55 Rang finding over a few meter distance is possible.

56 今年の話題 第 1 話 MEMS プラットフォーム ~SOI MEMS では勝負できない ~ 第 2 話成長する弾性波フィルタ 第 3 話中国での MEMS の急進展 第 4 話中国の MEMS は? 第 5 話圧電 MEMS の実用化 (AlN 編 ) 第 6 話圧電 MEMS の実用化 (PZT 編 ) 56

57 MEMS Trends Commentated by Prof. Shuji Tanaka at More than 50 articles are uploaded. Click xtech banner on the lab website.

58 マイクロデバイスの研究開発, お手伝いします 基礎研究から製品開発まで小片ウェハから6インチウェハまで企業単独での開発より短時間 低コストで成果が得られるように支援します 本学で試作したデバイスの商用利用も可能です MEMSに関するコンサルティングも行っています 企業からのオーダーに応じてプライベートセミナーを開催します 田中 ( 秀 ) 研究室が一貫してお世話 研究室クリーンルーム 小片ウェハ マイクロ ナノセンター (MNC) 4 インチウェハ マイクロシステム融合研究開発センター 6 インチウェハ 58

59 S. Tanaka Laboratory Department of Robotics & Microsystem Integration Center Tohoku University Professor Shuji Tanaka Sr Res. Fellow Michio Kadota Assoc. Prof. Takashiro Tsukamoto Assoc. Prof. Hideki Hirano Assoc. Prof. Masanori Muroyama Research menu in 2019 Sensor systems for human-friendly robots Frequency control devices (SAW and BAW devices) Advanced inertial sensors Ultrasonic and acoustic sensors Micromirror devices Microactuators Piezoelectric thin films (Epitaxial PZT on Si) Heterointegration and wafer-level packaging technology MEMS process tools (ALD, wafer bonder etc.) Assoc. Prof. Shinya Yoshida Assoc. Prof. Jörg Frömel mems tohoku Sr. Assist. Prof. Yukio Suzuki

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