【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.13】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24KT2014

利用課題名 / Title

薄膜弾性波を利用した高感度質量センサの創製

利用した実施機関 / Support Institute

京都大学 / Kyoto Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

薄膜共振子,弾性波,厚みすべりモード,ZnO,ダイシング/ Dicing,センサ/ Sensor,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,膜加工・エッチング/ Film processing/etching

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

高柳 真司

所属名 / Affiliation

同志社大学　生命医科学部 医情報学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

冨山直樹,吉田侑矢

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KT-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-118：高圧ジェットリフトオフ装置
KT-203：電子線蒸着装置
KT-210：ドライエッチング装置
KT-234：深堀りドライエッチング装置（１）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

圧電共振子に分子が付着すると、その質量負荷により共振周波数が低下する。逆にこの低下分を質量に換算することで付着質量を絶対計測できる。さらに、横波型の圧電共振子を用いると、液体中でも共振状態を維持できるため、液体中での分子付着を検出できる。また、横波のずり振動によって液体の粘度も測定できる。本研究では、抗原抗体反応の検出や血液粘度の測定を目的として、横波型薄膜共振子質量センサを開発する。そこで、京都大学ナノテクノロジーハブ拠点の設備を利用してセンサデバイス用電極の微細加工を行った。また、ダイシングして切り出したセンサチップを用いて液体負荷時の共振特性を測定した。

実験 / Experimental

Fig. 1に示す構造の横波型薄膜共振子を作製した。
i) 4インチSOI基板上にAu/Cr下部電極膜を蒸着しパターニング
ii) 電極膜上にc軸が基板面に対して平行となる(11-20)面配向のZnO圧電膜を成膜（同志社大学にて）
iii) 作製したZnO膜をパターニング
iV) Au/Cr上部電極膜を蒸着しパターニング（KT-203）
v) CYTOP保護膜をスピーンコーティングしパターニング
vi) SOI基板裏面のSi酸化物層をドライエッチングし、Si層を深掘りエッチング（KT-234）
続いて、ダイシングソー（KT-219）によりセンサチップを切り出し、測定用基板に貼り付けワイヤボンディング（KT-223）した。
その後、共振子センサに液体を負荷し、ネットワークアナライザを用いて周波数特性を測定した（同志社大学にて）。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 2に作製した共振子センサに液体を負荷した際のインピーダンス実部の周波数特性を示す。530 MHz付近で最大となる共振ピークが確認され、純水や10wt%濃度のグリセリン水溶液をセンサ上部に負荷した場合でも、共振状態を維持できていることが確認された。また、純水と10wt%濃度のグリセリン水溶液の結果を比較すると、粘度の高いグリセリン水溶液においてピーク周波数の低下が観測された。したがって、作製した共振子センサにより液体粘度の測定をできることが示唆された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 Schematic image of shear-mode bulk acoustic wave resonator.

Fig. 2 Impedance curves of shear-mode bulk acoustic wave resonator with liquid loading.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考文献
（１）冨山、高柳、柳谷、第４４回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム、3P1-1
（２）冨山、高柳、柳谷、超音波研究会、US2023-49
（３）冨山、高柳、柳谷、圧電材料・デバイスシンポジウム2024、A-5

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件