2020 Fiscal Year Annual Research Report
Electromagnetical coupling of AlCeN films grown by RF magnetron sputtering
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18K19037
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
柳谷 隆彦 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (10450652)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 圧電デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スマートフォン向けの周波数フィルタは国際ローミングの影響で一台に５０個以上搭載され、高いものでは１個数十円以上にもなり、１０年後の大きな市場に向けて各メーカが凌ぎを削っている。このフィルタの圧電材料の電気機械結合係数が大きいほど通過帯域を広くすることができ、挿入損失も低くすることができる。そんななか近年、希土類のScをAlNにドープした薄膜において、大きな電気機械結合係数が得られることが発見され、実用化されつつある。
本研究では、高価なScの代替材料として安価で中国に依存しない元素（以後Reと記載）に注目した。低酸素、低炭素の希土類スパッタターゲット作製プロセスを構築し、ReとAlNの組み合わせおいて圧電性特性を調べた。スパッタターゲット上での負イオン発生を低減するために、ターゲットには希土類の温度上昇を抑えるために、金属Alに希土類をプレス機で埋め込んだものを用いた。ReAlN圧電薄膜を成長させて、X線回折法により評価した結果、 (0002)ピークが観測され良好なc軸配向が確認できた。ωロッキングカーブのの半値幅が5.4°で、蛍光X線による濃度測定ではReは7%程度であった。Re濃度が高くなるにつれて結晶化度が下がる傾向が見られ高濃度のドーピングは難しい状況であった。
複合薄膜音響共振子（HBAR）を作製し、ネットワークアナライザを用いて超音波の送波・受波実験を行った。その結果、縦波の変換損失（挿入損失の半分の値）10dBで、縦波モードの共振周波数は700 MHz程度であった。また、2次モードの励振も観測され、成長初期に圧電性が不活性な層が存在することも判明した。実測変換損失曲線をMasonの等価回路モデルにより計算した理論変換損失曲線とフィッティングした結果、電気機械結合係数kt2＝0.8%を得た。
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