2019 Fiscal Year Research-status Report
他元素添加AlN膜/層構造基板による縦型漏洩SAWの高性能化と高周波フィルタ応用
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19K15024
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
鈴木 雅視 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (60763852)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 弾性表面波 / 周波数フィルタ / 窒化アルミニウム / 層構造基板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
漏洩弾性表面波(LSAW)および縦型漏洩弾性表面波（LLSAW）は高位相速度と高結合係数を有するため，高周波SAWフィルタ応用に適している。しかし，従来SAWデバイスのIDT/圧電基板構造では，LSAWとLLSAWモードは伝搬減衰が大きく，急峻なフィルタ特性が得られない。そこで，本研究ではLSAW，LLSAWに対して「高SAW位相速度， 高結合係数 ，低SAW伝搬減衰，高い温度安定性 」を両立し，かつスパッタ法で形成可能な「他元素添加AlN層/（高音速層/）基板」からなる多層構造基板の探索とSAWデバイス応用を目的とする。
1. ScAlN膜/水晶基板を伝搬するLLSAW，LSAWを理論解析することで，この組み合わせでの最適構造探索を行った。LSAW，LLSAWともに水晶のカット，SAW伝搬方向(オイラー角)が伝搬特性に大きく影響し，LSAWでは(0 90 72)ScAlN膜/(0 126 0)水晶, LLSAWでは(0 90 90)ScAlN膜/(90 90 30)水晶において，ある程度大きな結合係数(5%以上)，小さい伝搬減衰(0.001dB/λ以下)を有することが分かった。
2．AlN膜の圧電性を増幅するScを代替する他元素ドープとしてクロム(Cr)に着目して，スパッタ法による形成，電気機械結合係数評価を行った。2%以下の低Cr濃度では結合係数は増幅し，特にCr濃度1%ではAlN膜の結合係数の約1.2倍を示した。しかし，Cr濃度4%以上では結合係数は徐々に減少し，Cr濃度10％以上では，膜の導電性によりバルク波励振が観測できなかった。Sc添加を比較すると，低濃度ではほぼ同等の圧電性増幅が期待でき，CrAlNは薄膜共振子応用には適している。一方でSAWデバイス用の圧電層としては，高濃度領域で導電性が発現せずにより大きな圧電性増幅が実現できるScAlN膜のほうが有望である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論計算により，LLSAWおよびLSAWデバイスに最適な層構造基板の一つの候補としてScAlN膜/水晶の組み合わせを見出した。
また, 新たな他元素AlN膜としてCrAlN膜の形成，Cr濃度が結晶構造，結合係数に及ぼす影響の評価も達成した（但し他元素添加がSAW伝搬損失に及ぼす影響評価は未達）。
以上の結果から，おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
【①LSAW, LLSAW伝搬に最適な層構造基板の探索】ScAlN膜/水晶基板構造に引き続き「基板材料を高い圧電性を持つLINbO3,LiTaO3に変更⇒高結合係数化」，「ScAlN/基板間への中間層(AlN,SiO2)挿入⇒さらなる低伝搬減衰化」について検討を行う。
【②他元素添加がSAW伝搬特性に及ぼす影響】本年度未達であったScAlN(CrAlN)膜での他元素濃度がSAW伝搬損失に及ぼす影響について評価を行い，膜構造評価と合わせて，SAWデバイス応用に適した成膜条件の最適化を図る。
【③中間層の材料定数算定】①での中間層の検討において材料定数が既知のアモルファスAlN,SiO2膜では優れた特性が得られなかった場合に実施する。B添加AlNやSiC膜等を新たにスパッタ法で作成し，直線集束ビーム超音波解析システムを用いて材料定数の算定を行う。
【④SAWデバイス作製・評価】①-③で得られた知見を基に層構造基板の作製およびSAWデバイス用IDT電極の形成を行う。作製したSAWデバイスの周波数特性をネットワークアナライザにより測定し，SAW位相速度，結合係数，伝搬減衰，温度安定性を評価する。IDT/圧電単結晶基板からなる従来SAWデバイスの特性，および理論解析結果と比較することで，作製したSAWデバイスの優位性，問題点を検討する。
これらで得られた研究成果を取り纏め、論文投稿・学科発表を行う。
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| Causes of Carryover |
納品が締め日までに間に合わなかったため、次年度使用額が生じた。
未使用額については、該当物品の購入費として、予定通り使用する。
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