感度100倍以上でノイズ10分の1以下のMEMS加速度センサーを開発――1μGレベルの高分解能を検出 東京工業大学など

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東京工業大学は2019年7月23日、NTTアドバンステクノロジとの共同研究グループが、感度を従来比100倍以上に向上し、ノイズを従来比10分の1以下に低減したMEMS加速度センサーを開発したと発表した。同センサーは、複数の金属層で形成される積層メタル構造を用い、従来のMEMS技術では困難だった1μGレベル(G=9.8 m/s2、重力加速度)の高分解能の検出を実現している。

研究グループはこれまで、金材料を用いてMEMS加速度センサーのおもりを10分の1以下に小型化する手法を提案していた。今回はこの技術をさらに発展させ、複数の金属層から形成される積層メタル構造をおもりやばねに用いることで、超低雑音特性と超高感度特性を備えるMEMS加速度センサーを開発した。

デバイス断面構造

具体的には、複数の金の層を重ねておもりを形成することで、面積あたりのおもり質量を増やし、おもり質量に反比例するノイズ(ブラウニアンノイズ)を低減。さらに、そのおもりの反りを低減することで、4 mm角チップ面積を最大限利用した静電容量センサーを実現し、感度(加速度あたりの静電容量変化)を増大した。

MEMSの作成には半導体微細加工技術と電解金めっきを用いているため、開発したMEMS構造を集積回路チップ上に形成することも可能だ。そのため、この開発技術は超小型加速度センサーの高分解能化/汎用化技術として期待できる。

超小型・高分解能の加速度センサーは、人体行動検知による医療・ヘルスケア技術、振動検知によるインフラ診断、ロボットの超精密制御・軽量化、移動体制御、GPSが利用できない場所での自動航行制御システム、超低加速度の振動モニタリングが必要な宇宙環境計測などさまざまな分野への応用が可能だという。

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