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研究内容紹介

第2話 マイクロマシン

 昔のSF映画で「超微小な潜水艇で人間の体内に入り治療を行う」という物語があるのをご存知の方も多いと思います。今このようなことが夢物語でなく、現実の世界で行われようとしています。マイクロマシンは、文字通りには微小機械ということになりますが、最近ではMEMS(Micro Electro Mechanical System)という言葉がよく使われています。それでは、MEMSとは一体何でしょうか?

 微小なものの代表として、LSIが挙げられます。LSIでは薄膜の成膜とフォトリソグラフィーの技術を駆使して微小な回路を構築しています。この半導体の微小加工技術を応用すると、LSIの回路と同程度の超微小な構造体を作製することができます。この構造体に機能を持たせると、微小なセンサーやアクチュエータ(駆動素子)をLSIの回路と同時につくりこむことができます。このようにして作製したデバイスをMEMSと呼んでいます。これまでに開発されたMEMSデバイスとしては、DLP(Digital Light Processing)プロジェクターに使用されるマイクロミラーデバイス(図1参照)、自動車用エアバックのセンサー、インクジェットプリンターのヘッドがあります。

半導体イメージ

[図1]マイクロミラーデバイスの電子顕微鏡写真とその構造。

[図1]マイクロミラーデバイスの電子顕微鏡写真とその構造。
一つのミラーの一辺は10mmで、サイズ的には人間の髪の毛の断面にこのミラーが約100個あることになる。1つのデバイスは、100万個以上ミラーから構成され、1個のミラーが1画素となる。これらの構造は、半導体プロセスで用いられる薄膜の成膜とエッチングを繰り返し使用して作られる。(出典:日本TI)

 MEMSはこれからの高度情報化社会(ユビキタス、ウェアラブル機器など)、高度医療社会(体にやさしい超小型診断・治療用医療機器など)、環境低負荷社会(マイクロ化学チップによる環境にやさしい生産システムなど)を実現するための切り札として、世界規模で開発競争が行われており、我が国でも経済産業省を中心に国家プロジェクトが組まれています。

高度医療社会、環境低負荷社会イメージ

 ところで、MEMSをさらに高性能化・高機能化させるためには、使用される材料の開発がきわめて重要になってきます。しかも使用される材料の寸法がマイクロ・ナノメータサイズですので、これまでの材料開発とはまったく異なる発想が必要です。また、開発した材料が実際にMEMSに組み込まれたときに目的とする性能を発揮できるかを評価する必要があります。 本マテリアル工学科では、MEMS材料に対する新しい評価法の開発を進めており、MEMS材料評価の国際標準規格策定プロジェクトにも参画しています。この標準規格は日本が世界に先駆けて提案しているもので、大きな注目を集めています。

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