• アコースティック・エミッション検出のための
  集積化MEMSセンサの開発
• 体内埋め込み型マイクロ圧力センサの開発

アコースティック・エミッション検出のための集積化MEMSセンサの開発

アコースティック・エミッション（AE，音響放射）とは，材料が外力によって変形あるいは破壊に至る際に 発生する音であり，モノづくりの現場で使われるCNC工作機械における軸受の初期破損や余寿命の推定や， 各種金属材料の塑性変形中の材料モニタリングをin situかつ非破壊で実現することを可能とするものです． その検出は，材料中を伝搬してきたAE信号を材料表面に張り付けたセンサを用いることで行いますが， 従来のAEセンサは，PZTのような圧電材料を用いたものが主であり，計測したデータに対して周波数解析をする必要が あることから，信号処理装置を含め大がかりな装置構成が必要となります．

そこで，本研究では， MEMSおよび集積回路技術を用いることで，AE信号の周波数特性を分解・検出可能とする機械的構造部および検出部を 搭載した集積化AEセンサの開発を行っています．本研究で提案するAEセンサは，異なる共振周波数（長さにより制御）を 有した複数のカンチレバーをシリコン基板上にアレイにて配置し，各カンチレバーの根元部にピエゾ抵抗素子を形成することで， 振動の周波数に応じて共振するカンチレバーの変位を検出するものです．まず，FEM（有限要素法）および理論式を用いて 解析を行うことによってカンチレバーの設計を行い，異なる長さを有したカンチレバーアレイ（幅：104μm，高さ18μm）の 作製を行いました（図1）．各カンチレバーの共振特性を評価した結果，100～300 kHzの範囲で共振周波数を変化させることが 可能であることがわかりました．さらに，ピエゾ抵抗素子部を形成するため，不純物拡散のシミュレーションも 行っています（図2）．今後は，カンチレバーとピエゾ抵抗素子部との一体化プロセスを確立し，センサの試作を行います． さらには，信号処理回路とも一体化することでin situモニタリングの実現を目指します．

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