科學研究 - 加速度換能器靈敏度提高100倍以上，噪音降至十分之一以下

東京工業大學的益一哉校長等人與NTT尖端技術公司利用由多個金屬層形成的積層金屬結構，成功開發出具有超低噪音和超高靈敏度特性的MEMS加速度換能器。實施了利用以往的MEMS技術難以實施的1微（μ）G級（G=9.8m/s2，重力加速度）高解析度檢測。

這是使超小型加速度換能器提高解析度和實施通用的化的創新技術，在醫療保健、基礎設施診斷、行程體控制及機器人應用等各種運動檢測用途中，有助於開發新的器件和系統。

該研究小組此前提出過利用金材料將MEMS加速度換能器的砝碼體積削減至十分之一以下的方法。此次以該方法爲基礎，透過重疊多層金層形成MEMS結構，增加了單位面積的砝碼重量，與以往那些相同尺寸的感測器相比，成功將靈敏度提高至100倍以上，噪音降至十分之一以下。

相關研究成果已於2019年7月23日發佈在國際學術論文期刊《Sensors and Materials》的網路版上。

東京工業大學與NTT尖端技術組成的研究小組此前提出過利用金材料將MEMS加速度換能器的砝碼體積削減至十分之一以下的方法。此次進一步改良了該技術，透過把由多個金屬層構成的積層金屬結構用作砝碼和彈簧，開發出了具有超低噪音和超高靈敏度特性的MEMS加速度換能器。

詳情見圖1，透過層疊多個金層形成砝碼，增加了單位面積的砝碼重量，降低了與砝碼重量成反比的噪音（布朗噪音）。另外，透過減輕砝碼的翹曲，還實施了最大限度利用4mm見方晶片面積的靜電容量感測器，提高了靈敏度（單位加速度的靜電容量變化）。圖2是試製器件的整體照片和等比增大的電子顯微鏡照片。

圖1：器件截面構造圖

圖2：試製件照片

因此，如圖3所示，與以往那些相同尺寸的感測器相比，靈敏度提高到100倍以上，噪音降至十分之一以下。這樣的話，預計利用超小型感測器能實施1μG級的檢測。製作MEMS採用半導體微細加工技術和電解鍍金技術，還可以在積體電路晶片上形成此次開發的MEMS結構。因此，有望作爲超小型加速度換能器提高解析度和實施通用的化的技術使用。