2005年度（平成17年度） | 資料集 | 大分県産業科学技術センター

形状記憶合金薄膜を用い

゚ェスポ゠ヴシ

作製

マ゜ェュクケゾヘ

開発

秋本恭喜ン

幡睦憲ン

田取

哲ン

田善昭ン岡田正孝

生産技術部

Fabrication of actuator which uses shape-memory alloy thin film.

D e v e l o p m e n t o f m i c r o s y s t e m

Yasuki AKIMOTO Mutsunori OBATA Tetsu IKEDA Yoshiaki EDA Masataka OKADA

要旨

TiNi形状記憶合金薄膜を用い ィンスヤトヴ型 TiNi SiO₂ Si 層構造゚ェスポ゠ヴシを作製 加熱ン

自然冷却 より可逆的駆動動作を確認 抵抗値ン変位 を計測 併せ マ゜ェュクケゾヘ開発 向

イメケ基板加工ンネァダモソエメネ゛ンゞゟデヴ各ハュコケタヴシ 得を行っ

1.

に

形状記憶合金 一般 ベイネネヤヴヘ 携 電話

゚ンゾヂ 着 広く利用され いる

形状記憶合金 大 動作 発生力を 単

純 機 構 あ る 形 状 記 憶 合 金 を マ ゜ ェ ュ 化 れ

他 ゚ェスポ゠ヴシ 比較 将来 望 マ゜ェュ

゚ェスポ゠ヴシ る可能性 ある

さ Si SiO₂膜 Fig.1 よう 膜面 凸面 っ 基板表面 薄膜 拡張力を 薄膜断面 膜

拡張を妨 る圧縮応力 作用 る 内部応力

より曲 ろう る力 対 面等 形状記憶され TiNi 形状記憶合金膜を貼り 合わせる より形状記憶

合 金 薄 膜 復 元 力 を 利 用 ジ ゜ ボ ネ メ ヘ 式 や ィ ン ス ヤ

トヴ式構造 ゚ェスポ゠ヴシを構成 マ゜ェュクケゾヘ

へ 適用を検討 いる

Fig.1 内部応力 よる変位を利用

例え Fig.2 よう ケ゜セスを想定 過電流 よ り形状記憶合金 過熱時所定 温度 面へ 復元力

より電気回路を遮断 るクケゾヘ 実現 向 試作ン検討

中 ある

Fig.2 クケゾヘ構造案

2.

作製プ

セ

について

半 体 製 造 微 細 加 工 技 術 を 利 用 ド セ ォ ヴ グ 用 イ メ

ケ基板加工ハュコケ及び クモカンゞ゠デ らィンスヤト

ヴ式゚ェスポ゠ヴシを形成 るハュコケをFig.3～Fig.5 示

Fig.4 作製ハュコケ ネァダモソハュコケ

Fig.5 作製ハュコケ ゞゟデヴハュコケ

2.1 薄膜 成膜 ［Fig.5 中(1)(2)］

主要 形状記憶合金薄膜ンTiNi薄膜 形成 DCマエ ネダュンケドセシ装置を用い 基板温度 300℃ Arイケ 圧 力 0.5Pa TiNi 60/40at.% 合 金 シ ヴ オ セ ダ DCドワヴ100W 60min印加 シヴオセダ ら100mm

れ 2゜ンスφ200μm厚 0.5μm厚酸化膜付 クモカン ゞ゠デ基板 約0.9μm厚 TiNi薄膜を形成

後 形状記憶 熱処理(700℃0.5hr 500℃5hr)を行っ TiNi薄膜 成膜ヤヴダをFig.6 示

TiNi 薄膜 示 差 走 査熱 計 DSC 測 定 結 果 を Fig.7 示 マャゾンキ゜ダ変態点 59.06℃ 逆マャゾ

ンキ゜ダ変態点 76.74℃ を れ れ得 薄 膜 組成比 Ti : Ni = 55.6 : 44.4 あっ

. . . . . . . .

e

c

k

e

μ

Fig.6 TiNi 成膜ヤヴダ

Fig.7 TiNi薄膜 DSC結果

SiO2薄膜 形成 RF マエネダュンケドセシ装置を用

い 常温 Arイケ圧力 0.1Pa SiO₂シヴオセダ RFド ワヴ100W 300min印加 シヴオセダ ら150mm れ TiNi成膜後 基板 約0.5μm膜厚 SiO₂薄膜を形成 SiO2膜 Si層゠セスンエ時 TiNi薄膜を保護 る

. . . . . . . . .

e

c

k

e

μ

Fig.8 SiO2 成膜ヤヴダ

2.2フ ト ト塗布･ タ ニング [Fig.5中(3)(4)］

ネァダヤグケダ ネイ型ヤグケダ(OMR85,25cp) 前 処理 HDMS(バゥキベスャグクメギン)をケヌンカヴシ

塗布

1)

パヴェ後両面露 機 露 後 現像 各装

置をFig.9 示

取

Fig.9 ケヌンカヴシン両面露 機

2.3 薄膜 タ ニング ［Fig.5中(5)，(9)］

SiO2薄膜 緩衝ネセ酸BHF HF+NH₄F=1:5 体積比

溶液 8min TiNi薄膜 HF+HNO₃+H₂O =1:1:2(体積比) 溶液10sec浸せ よりドシヴッンエを行っ 特 ド シヴッンエ中ネァダヤグケダ HF+HNO₃液 対

れや く る 処理時 短縮化 浸せ 処理前後

ヤ グ ケ ダ パ ヴ ゥ ン エ 及 び ヤ グ ケ ダ 塗 布 前 前 処 理 (HDMS)カヴダ 必要不可欠 ある

2.4 Si層 ッチング

2)

［Fig.5 中(7)(8)］

Si ゠セスホンダ 25％水酸化ゾダメベスャ゚ンペ

ッゞヘ水溶液(TMAH) よるゞゟセダ及び 六ネセ化硫黄 SF6 よるチメ゜゠セスンエを併用 れ れ ゠

セスンエヤヴダをFig.10 示

ｔ e

c

ep

μ

ｍ

Y AHW

Fig.10 Si゠セスンエヤヴダ

3.

試作

評価

3.1 カンチ 試作

四 対 ィ ン ス ヤ ト ヴ 電 極 ド セ チ を 電 流 入

るよう 配置 試作 試料外観をFig.11 示 ィンスヤトヴキ゜ゲ 長さ 7mm×幅 3.5mm 最 電流経路幅1.5mm

Fig.11 試作試料 外観

3.2 加熱試験

試 作 試 料 を ホ セ ダ ハ ヤ ヴ ダ よ り 加 熱 ン 自 然 冷 却 を 行

い 変位をニタア及びヤヴギヴ顕微鏡 より観

測 室温～加熱昇温時～降温時 ィンスヤトヴ 変位

様子をFig.12 示

約 50℃を超え あ り ら徐々 ィンスヤトヴ 端 昇 始 80℃ ヌヴェ位置 っ 降温側 80℃ ら徐々 降 40℃ ゆっくり

変位 ィンスヤトヴ毎 トメゼゥ 見られ ヤ

ヴギヴ顕微鏡計測 より 加熱昇温時 約260～450μm 昇 降温時 約180～440μm 降 確認され

室温(22.7℃)

加熱昇温時(80.5℃)

降温時(34.9℃)

Fig.12 加熱昇温ン降温時 変位状況

3.3 電気抵抗値評価

四端針ハュヴト ホセダハヤヴダを設置 試料を加熱

昇温～降温させる際 四端子抵抗法 より電極ドセチ

抵抗値を評価 評価状況を Fig.13 示 温度 よる抵抗値 変化をFig.14 示

Fig.12 示 ィ ン ス ヤ ト ヴ 変 位 開 始 終 了 温 度

抵抗値 変化状況 良く一致 いる 判っ TiNi薄膜 抵抗変化 相転移 温度幅 ドシヴッ

ン エ 加 工 前 比 較 る +5℃ 程 ノ ュ ヴ チ っ い る 事 確認され ネァダモソハュコケ ゞゟデヴハュコケを経

膜 劣化 進ん いる 想定される

各端子 電気抵抗 TiNi薄膜 膜厚 ドシヴ ン幅 依存 る 24Ω程 あっ

Fig.13 電気抵抗 評価

. . . . . . . . . .

e p℃

抵抗比

加 工 前

加 工 後

Fig.14 温度 抵抗特性

4.

び

以 TiNi形状記憶合金薄膜を用い ィンスヤトヴ型 TiNi SiO2 Si 層構造゚ェスポ゠ヴシ作製 り組

を報告

回試作 より TiNi SiO2 Si 層キンチ゜セス構 造 い 加 熱 ン 冷 却 よ り 可 逆 的 駆 動 動 作 を 確 認

併せ マ゜ェュクケゾヘ開発 向 必要 るイ

メケ基板加工ンネァダモソエメネ゛ンゞゟデヴ各ハュコケ

タヴシを 得

現状 Si層 ゠セスンエ い TMAH゠セスンエ及 び SF₆チメ゜゠セスンエ時 ゠セスンエ ヘメ あり ィンスヤトヴ 角度ン位置 トメゼゥ られ

ら位置決 Si 層 厚 制御 工夫 必要 ある 及び 各薄膜ンSi層 れ れ 最適 厚 を求 る必 要 ある

れらを踏 え 後形状記憶合金薄膜を゚ェスポ゠ヴ

シ 適用 る試 を進展させ 電子回路 組 込 るマ゜

ェュノヤヴィヴや 情報機器分 へ向 ケ゜セス 新

規 マ゜ェュクケゾヘ開発へ り組

参考文献

1) 波 康 典 ”Si 波 路 作 製” 高 知 工 科 大 学 卒 業 研

究報告 成17 2 22日

2) 田善昭, 慶福 ”TMAH よるSi ゞゟセダ゠セス

ンエ”, 成 16 度大分県産業科学技術コンシヴ研究 報告,pp.42-44

本実験 使用 DCマエネダュンケドセシモンエ装置 i-sputter 日本自転車振興会 補助金を 成15