MEMS素子の機械的非線形性を熱効果により低減　素子の信号対雑音比が10倍以上増大東京農工大学，北京工業大学，東京大学

　東京農工大学，北京工業大学，東京大学の研究グループは，スマホの赤外線センサーや発振器などで使われているMEMS素子の機械的非線形性を熱効果により低減し，素子の信号対雑音比を10倍以上増大させることに成功したと発表した。
　一般的なMEMS両持ち梁構造は，振動振幅が増大するにつれ，梁がより伸張され，材料が堅くなる性質がある（hardening）。したがって，振動振幅の増大とともに共振周波数は上昇し，hardening非線形性を示す。そのため線形振動領域を保つためには，振動振幅は数十nm程度の非常に小さい値にする必要があった。同グループは，MEMS梁に薄膜抵抗を作製し，それを利用してMEMS梁を電気的に加熱することによって，MEMS梁の非線形性を強く低減できることを発見した。非線形を制御されたMEMS素子においては，線形領域の振動振幅が，非線形性を制御していないMEMS素子のそれに比べて，10倍以上に増大できることを確認した。この非線形性制御効果の物理的機構は，熱応力によるMEMS梁の座屈効果である。この座屈効果は，MEMS共振にsoftening非線形性をもたらし，MEMS梁に本来存在するhardening非線形性を補償し，全体的非線形性を低減した。本研究は熱効果によるMEMS共振器の非線形制御を発見したものである。この成果により，今後，MEMS素子の超高感度センシングへのさらなる応用が期待される。