2021 Fiscal Year Annual Research Report
Enhancement of surface acoustic wave harmonics excitation using bonded dissimilar-material structures and its application to next-generation super-high frequency filters
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20H02181
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
垣尾 省司 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (70242617)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 潤 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 上級研究員(研究院教授) (60386737)
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) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | SAWフィルタ / 高調波 / 異種材料接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第5世代通信システムの普及，次世代通信システムへの進化のために，端末用の弾性表面波(SAW)フィルタの高周波化が急務であるが，高周波化に必要な電極周期の狭小化は限界である．本研究では，異種材料接合を用いてSAWの高調波を強勢に励振させ，電極周期を狭小化させることなく高周波化を可能な基板構造を開発し，超高周波フィルタに応用することを目的としている．
本年度は，昨年度まで実験的に検討してきたLiTaO3(LT)薄板と水晶基板を接合させた構造よりも結合係数が大きく，比帯域幅の広帯域化に有利なLiNbO3(LN)薄板と水晶基板を接合させた構造上のLSAW基本波と三次高調波の共振特性を評価した．
LNを水晶と接合させたとき，高結合化に最適なカットは27°回転Yカットであることを，昨年度までの理論的検討により明らかにしている．それに近いカットの36°YX-LNを用いてAT90°X-水晶が直接接合された後，LTの板厚を1.3μmに研磨された試料を用意した．まず，Al蒸着膜を用いて波長6.4μmの共振子電極パターンを作製し，基本波の650 MHzの共振特性を評価した．LN/水晶のアドミタンス比，比帯域幅，共振Qは78.8dB，10.4%，280であり，LN単体の51.5dB，7.3%，150よりも高性能な値が得られ，比帯域幅についてはLT/水晶上の測定値(3.8%)の2.5倍の値が得られた．次に，LN/水晶上に波長20μm，電極メタライゼーション比が0.7の共振子電極パターンを作製し，三次高調波の620MHzの共振特性を評価した．LN/水晶のアドミタンス比，比帯域幅，共振Qは65.2dB，2.8%，1,030であり，LN単体の36.3dB，1.6%，180よりも高性能な値が得られ，比帯域幅についてはLT/水晶上の三次高調波の測定値(1.4%)の2倍の値が得られた．
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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
本年度の検討により，圧電単結晶LiNbO3薄板を水晶基板と異種材料接合させた構造を用いると，基本波と三次高調波の双方において，LiTaO3薄板を用いた場合よりも広帯域化が達成された．この点においては当初の計画以上に進展している．しかし，当該年度に予定していた高周波帯での実験的評価と超薄板化の検討については未達である．以上のことから，総合的におおむね順調に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である2022年度は，これまでに理論的，実験的に得られた三次高調波の強勢励振に必要な異種材料接合パラメータ，および電極パラメータの知見を用いて，高周波・高Q・高安定基板構造を確立させる．具体的な実施方法は以下の通りである．
１．三次高調波共振子の設計・作製・評価： 高周波帯（三次高調波共振周波数は約3 GHz）において高性能な特性を得るLT薄板，およびLN薄板の板厚を有する，水晶との異種材料試料を準備し，電極形成と共振特性の実験的評価を行い，高周波・高Q・高安定基板構造を確立させる．
２．五次高調波共振子の設計・作製・評価： 三次高調波の検討に加えて，より高周波化が期待される五次高調波の共振特性について理論的，実験的に検討する．
また，研究成果をとりまとめ，国内外への成果発表や学術論文誌への投稿を行う．
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