Research High Light

2018-11-23 (金) 23:35:39 (299d)

研究室の代表的なテーマ紹介として、2016年度の研究室公開資料をご覧下さい。
Year book 2016 is posted to show recent topics.

先端研広報誌RCAST Newsに研究室が掲載されました。
Lab is featured in the RCAST News. 2015-02-20

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製造業のキーデバイスと注目されるMEMS。MEMSとは Micro Electro Mechanical System の略で、半導体製造技術やレーザー加工技術などの微細加工技術を応用した微小電気機械システムのこと。スマートフォンや自動車用部品のセンサなど、すでに身近な製品に組み込まれています。あらゆる製品がセンサを搭載しビッグデータが社会を変えると期待される今、言われてみれば納得の問題とその解決策とは?

MEMSとマイクロマシン・システムの理工学
MEMS and Micromachine System Engineering

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半導体プロセスでできるものは集積回路だけではありません。いまでは、ミクロンオーダーの微小な「機械」をシリコン基板上に製作可能です。しかも、その機械を駆動し、制御する回路とのモノリシック集積化もできる時代になりました。この技術をMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)と言います。身近な例では、マイクロミラーを用いた画像プロジェクタや、ゲーム機やクルマに搭載するMEMS加速度センサがあります。本研究室では、MEMS技術を光ファイバ通信や画像ディスプレィ、高周波無線通信デバイスなどに応用しています。ここでは最近の研究成果を4点紹介しましょう。

Integrated circuit is not the only one function that the semiconductor processes can handle. It is now possible to produce ultra small “machines” in the scale of microns on the surface of silicon substrate. Furthermore, monolithically integrated drive/control circuitry can co-exist with such small machine on a chip of silicon. Such a concept is called “MEMS” (micro electro mechanical systems). You may find MEMS examples around yourself; digital micro mirror array is used in the image projection display, and micromechanical accelerometers are used in vehicles and in computer games. In our laboratory of optical and RF (radio frequency) MEMS, we study MEMS application to fiber-optic telecom, image display, and microwave communication systems.

MEMS光スキャナの医療用内視鏡応用
MEMS Optical scanner for Medical Endoscope

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体の内部を低侵襲観察する医療機器をMEMS技術で製作しています。直径2ミリメートル程度の微小な光スキャナ(振動する鏡)をシリコン・マイクロマシニングで製作し、レンズや光電変換素子(太陽電池)とともに細いガラス管に実装します。体の中に電線を差し込むのは感電や電磁波干渉の危険がありますので、この光ファイバ内視鏡は光によってエネルギ供給して、光で体内の画像を可視化します。MEMSミラーの設計から製作、評価まで、ラボ内で実現可能です。

We use a MEMS micro mirror to compose a medical fiber endoscope to investigate the internal body with minimum stress to patience. A mirror-type optical scanner of 2 mm in diameter or less has been produced by the silicon micromachining technique, and it is mounted in the endoscope head with a photovoltaic cell (solar cell). We do not use metal wires to energize the MEMS but only use an optical fiber. Both power and signal are transferred through the fiber (power-over-fiber) to retrieve the image in the body. Within our lab, we can design, produce and characterize the MEMS components.

VLSIとMEMSの集積化
Integrated VLSI-MEMS

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MEMSの本来の姿は、微小機械(マイクロマシン)と駆動・制御系のモノリシック集積化にあります。マルチチップサービスを利用して駆動回路LSIを製作し、そのチップをシリコン・マイクロマシニングや金属メッキ技術を用いてポストプロセス(追加工)し、メカとエレクトロニクスを集積化する設計製作技術を開発中です。この技術は将来、回路のマルチチップサービス同様に、広くLSI設計者に開放可能な共通技術プラットフォームに仕上げる予定です。

The original concept of MEMS is in the full-scale monolithic integration of micromechanical components (micro machines) with control/drive circuitry. In our lab we newly use the multi-user/multi-chip service of LSI and post-process micromechanical components onto it by using the silicon micromachining and metal electroplating techniques. This study is aimed to propose a new scheme of LSI-MEMS designs and processes that could be generally used by the LSI/MEMS designers as the integration platform technology.

ロール・ツー・ロール印刷による大面積MEMSディスプレィ
Large Area MEMS by Roll-to-Roll Printing

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MEMS化できる材料はシリコンだけではありません。プラスチック・フィルムを使って微小機械を作ることもできます。しかも、ロール・ツー・ロール印刷技術によって大面積化も可能です。厚さ10ミクロン程度のプラスチック・フィルムの表面を加工して、干渉色を静電気で変化できる透過型の可変カラーフィルタを製作中です。このデバイスを用いた大面積フレキシブル・画像ディスプレィや電子看板(サイネージュ)への応用を検討中です。

Silicon is not the only one material that could be used in the MEMS technology but do not forget various plastic materials that are made in a large form and processed by the roll-to-roll printing techniques. We use a plastic films of 10 microns or less and modify the surface texture by using the roll-to-roll processes such as gravure print, flexo print, emboss, and lamination, and have developed a color-changing filter based on the Fabry-Perot interferometer. Target applications are large area flexible display, electronic paper, and electronic signage.

MEMS高周波スイッチの衛星通信応用
RF-MEMS Switches for Satellite Communication

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MEMS技術は無線通信にも応用可能です。特に、波長がミリメートル程度になる高周波数領域(5〜20GHz)では、ミリメートル寸法のメカを使って可変マイクロ波回路を構築できます。たとえば、マイクロ波導波路型のスイッチをMEMS技術で製作して、指向性を電子的に制御できる衛星通信用アンテナを開発中です。他にも、MEMS的に特性を制御できるメタマテリアルを開発中です。

MEMS can also be applied to RF (radio frequency) area, and it is highly useful particular when the wavelength of interest becomes as small as millimeter (frequency 5 to 20 GHz). We use millimeter scale mechanical components to develop microwave switches; the switches are mounted on a microwave waveguide substrate to finally construct a tunable delay line (phase shifter) for phased array antenna for the satellite communication. We also use the RF-MEMS switches to make tunable metamaterial waveguide devices.

学生へのメッセージ
Message to Students

MEMSは電気、機械、化学、材料力学、流体力学、光学…の複合領域です。また、製作プロセスの構築には、材料特性、半導体プロセスを理解したパズル解法的なひらめきが必要ですし、プレゼンのテクニカル・ドローイング(製図)には、芸術的センスも必要です。しかも、当ラボのメンバーは多国籍(日、仏、米、韓、中、台、露…)です。新分野のMEMSで、現代のレオナルド・ダ・ビンチを目指してください。ここでは、手足腰くちアタマの強いエンジニアを育成します。

MEMS is a new field of multiple disciplines such as electronics, machines, chemistry, material, fluid mechanics, optics and else. You may need inspiration to give a solution to a puzzling question of MEMS processes and design by considering the boundary conditions of such multiple disciplines. You may sometimes need to have a skill of art when expressing your idea by drawing. Our lab is made up of multiple nationalities (Japan, France, US, Korea, China, Taiwan, Russia …) So, it is a good place to sample and test your engineering and scientific skill and idea. Why not be a Leonardo Da Vinci of the 21st century with us!

大学院進学希望の皆さんへ
For Applicants to Graduate School Study

当研究室は、下記のいずれかの専攻・コースから受験可能です。

We accommodate graduate school students studying in the following courses: