成果報告書詳細
管理番号100011783
タイトル平成17年度-平成18年度成果報告書 「ナノレベル電子セラミックス材料低温成形・集積化技術 <ナノテクノロジー技術開発>」
公開日2009/3/6
報告書年度2005 - 2006
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P02043
部署名機械システム技術開発部
和文要約エアロゾルデポジション(AD)法に適した原料粒子を得るために、世界で始めて粒子径0.5um前後の超微粒子1個単位での圧縮破壊強度の計測に成功。PZT系圧電材料について、レーザー援用による選択的局所加熱により、ステンレス基板上への直接成膜で、残留分極値(Pr):40uC/cm2,抗電界(Ec):25kV/cm以下,誘電率(ε):1800と世界最高性能の圧電特性(|d31|>150pm/V)を達成。メタルベース光スキャナーを試作、走査周波数10kHzで走査角度:80°の性能の実現と1年半の連続試験による安定性を確認。常温プロセスで、成膜スピード:100um/min(1cm角)を達成、面積換算でum/min(50cm角)を達成できる装置条件を明らかにした。リラクサー系圧電材料(PNN-PZT)の成膜を検討し、膜厚10um以下で世界最高性能の圧電特性(|d31|=370pm/V)を実現。圧電厚膜駆動型光スキャナーを試作し、共振周波数30kHz以上、ミラー振れ角30°以上、ミラー撓み:λ/8を達成。従来MEMS光スキャナーの走査速度を一桁上回る世界最高性能を実現。AD法によりノズルピッチ:150dpi/line,インク吐出速度:9m/sec,吐出耐久性:10億回以上、駆動電圧25V以下と実用レベルの性能を有するインクジェットヘッドの試作に世界で初めて成功。圧電駆動型のMOSLMを試作し、$10\sim20$MHzの駆動周波数、8Vの駆動電圧でピクセル反転に成功、素子消費電力を従来電流駆動型の1/100-1/1000程度まで低減。直径2mmΦ,駆動電圧:10V,回転速度:1400rpm,トルク:50uNmのチューブ型超音波モーターを実現。バルク材チューブ型超音波モータの駆動電圧を1/10に下げた。チタン酸バリウム系の強誘電体材料を用いたキャパシター構造を検討、容量密度で300-600nF/cm$^2$、300℃以下のプロセス温度で形成したキャパシターとして世界最高性能。常温成膜体での誘電率の向上として、CCTO材のAD成膜を試み、熱処理無しで、比誘電率:2200,誘電損失:9%@100kHzを実現した。フェライト/鉄系複合電波吸収材料のAD成膜を検討、成膜速度5um/minで10um以上の厚膜形成を達成。常温成膜体において、3GHzでμ"=9と最終目標値を達成。フレキシブル基板上にFe基金属系微粒子の常温成膜で、電波吸収特性について、膜厚26um,1-10GHzの広帯域で-10dB以上のシールド効果が得られた。30%以上のノイズ吸収効果を達成。電磁シールド材としての用途拡大の可能性を確認した。AD法による緻密誘電体膜形成により、イメージングセンサを試作し、デバイスサイズで、最終目標値を上回る75%の縮小に成功。センサ放射角度:-27-+30°、分解能:50cm、検知距離:1.5mat4mWと要求性能をほぼクリア。トイレルームで、人の位置や動きをリアルタイムで認識できることを確認。従来薄膜手法のプロセス温度より100℃以上低い温度で、Siやガラス基板上に電気光学定数(rc):168pm/Vの膜を実現。世界最高水準の性能を達成。Laドープ量を制御することで、EO膜の応答速度を最終目標値(1nsec)を大幅に上回る0.05nsec(20GHz)を実現し、最終目標値を達成。
英文要約To obtain the starting powder suitable for the AD method, we succeed in measuring the strength of submicron size particle. Using the laser-assisted method, we achieved to fabricate the PZT film on stainless steal which has Pr: 40 um/cm2, Ec: 25 kV/cm, permittivity: 1800. The prototype metal-base optical scanner we fabricated has scanning frequency of 10 kHz, scanning angle of 80 deg. Under room temperature, we realized the deposition rate of 100 um/min. We succeeded in fabricating the piezo-film which has piezoelectric property of d31=370 pm/V by depositing relaxar-type piezoelectric material (PNN-PZT). By using the AD method, we obtain the inkjet head that has the nozzle pitch of 150 dpi/line, and the drive voltage of 25 V. We fabricated the prototype voltage drive MOSLM that can switch the pixel at the driving frequency of 10 - 20 MHz and the driving voltage of 8 V. The high performance tube-type ultrasonic motor (diameter: 2 mm, driving voltage: 10 V, rotation speed: 1400 rpm torque 50 uNm) was successfully produced. Capacitor structures made of BaTiO3-type ferroelectric material was designed; consequently, the capacitance density of 300 - 600 nF /cm2 was achieved under the process temperature less than 300 degree. To improve the permittivity at room temperature process, CCTO film was deposited using the AD method. The CCTO film was achieved to be the permittivity of 2200 and the loss of 9% at 100 kHz. For the purpose of the use of the electromagnetic interference (EMI), Fe-ferrite composite film was deposited using the AD method; the composite film was achieved to be μ"=9 under the room temperature. Besides, the deposition rate of 5 um/min and the film thickness of 10 um were achieved. We succeeded in depositing Fe films on flexible substrates. The film had relevant EMI effect (shield effect: -10 dB at the film thickness of 26 um and at 10 GHz). The formations of dense ferroelectric film by the AD method enable us to downsize (-75 %) the imaging sensor device. This sensor device can detect the motion of human in a bathroom. The film on Si and glass substrate that has high opto-electric effect (168 pm/V) was obtained. This film will be able to applied to the optical modulator. The control of the amount of La dope significantly improved the response speed of the EO films up to 0.05 nsec (20 GHz).
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