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J-GLOBAL ID：201602264369096410   整理番号：16A1346712

可変断面の屈曲モードシリコン機械共振器の設計のための半経験的計算

Semi-empirical calculation for design of flexural mode silicon mechanical resonator with variable cross section

著者 (3件)： Matsuzuka Naoki (Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Akashi College, 679-3 Nishioka, Uozumi-cho, Akashi, Hyogo 674-8501, Japan) ,  Hara Takuya (Graduate School of Engineering, Kobe University, 1-1 Rokkodai-cho, Nada-ku, Kobe, Hyogo 657-8501, Japan) ,  Isono Yoshitada (Graduate School of Engineering, Kobe University, 1-1 Rokkodai-cho, Nada-ku, Kobe, Hyogo 657-8501, Japan)
資料名： Sensors and Actuators. A. Physical  (Sensors and Actuators. A. Physical)
巻： 243  ページ： 25-34  発行年： 2016年06月01日 
JST資料番号： B0345C  ISSN： 0924-4247  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： オランダ (NLD)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 本論文は,可変断面の静電的に駆動する屈曲モードシリコン(Si)機械共振器の設計のための半経験的計算を新たに提案した。これは,有限要素解析(FEA)を用いずにこの共振器開発の実用化研究に適用できる。可変断面のSi機械共振器の設計において,振動の形状を記述するモード関数を簡単のため静的たわみ関数と想定し,共振周波数をRayleigh-Ritz法を用いて導いた。断面の変化によって発生する応力集中の効果を反映する静的たわみ関数は,幾つかのFEAの結果を用いて半経験的に定式化した。この研究では,アンカーに留められた同じ形の2本の狭い長方形のバーによって支持される中央部に位置する広い長方形の,両端固定ばりのSi機械共振器を採用した。Si機械共振器の共振周波数を,FEA結果から3%の平均絶対パーセント誤差内で計算した。半経験的式の妥当性を確かめるため,第一モード共振周波数が5~20MHzの,20の異なる寸法の両端固定ばりSi機械共振器を設計し,シリコンオンインシュレータ(SOI)ウェハによって製作し,真空中での振動特性をネットワークアナライザによって測定した。各Si機械共振器の測定共振周波数の比較から,半経験的計算の平均および最大絶対パーセント誤差は,それぞれ28.6および51.3%であり,これらは実用化研究で無視できない誤差である。製作したSi機械共振器はアンカー下の絶縁層のアンダカットのために理想的な両端固定バリと異なっている。各Si機械共振器の共振周波数をアンダカットの影響を考慮したFEAモデルによって解析した。測定結果に対するFEAの結果の平均および最大絶対パーセント誤差は,それぞれ9.16および19.9%に減少した。この結果は,半経験的計算の大きな誤差は,主としてアンダーカット,即ち両固定端の屈曲剛性の低下が原因であることを示している。実際の形状と境界条件を精密に模擬したFEAモデルから得たFEAの結果を半経験的計算に用いた場合は,可変断面のSi機械共振器の開発のための実用化研究に十分に適したものになる。Copyright 2017 Elsevier B.V., Amsterdam. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.

シソーラス用語： *共振器 ,  *半導体プロセス ,  モード ,  変形 ,  *半経験的方法 ,  有限要素法 ,  応用研究 ,  駆動 ,  たわみ ,  共振周波数 ,  Rayleigh-Ritz法 ,  周波数推定 ,  応力集中 ,  固定梁 ,  誤差 ,  ネットワークアナライザ ,  アンダカット
準シソーラス用語： *機械共振器 ,  *シリコンオンインシュレータ ,  屈曲モード ,  断面変形 ,  静電駆動 ,  固有モード関数 ,  絶対誤差

著者キーワード (4件)： Si mechanical resonator ,  Variable cross section ,  Rayleigh-Ritz method ,  Semi-empirical calculation

分類 (1件)： 共振器  (NC04050Y)

タイトルに関連する用語 (5件)： 屈曲モード ,  シリコン ,  機械共振器 ,  設計 ,  半経験的計算