2012 Fiscal Year Annual Research Report
単結晶ダイヤモンドを利用した超高性能弾性波デバイスの実現
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24360131
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
橋本 研也 千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90134353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 知 千葉大学, 産学連携・知的財産機構, 教授 (30598933)
大森 達也 千葉大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60302527)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ScAlN / AlN / 単結晶ダイヤモンド / SAWデバイス / 発振器 |
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| Research Abstract |
本研究では、単結晶ダイヤモンド基板を利用して、既存の圧電材料では実現し得なかった際立った性能を有する弾性表面波(SAW)素子を実現し、新たな工学領域を創出することを目的としている。
本年度は、まず、多結晶AlN結晶薄膜/単結晶ダイヤモンド基板構造を利用したSHF帯SAW共振子の徹底的な品質係数Qの向上を目指した。そして、電極指構造の最適化並びに単結晶ダイヤモンド表面を高精度研磨することにより、5GHz帯で5180と言う非常に高いQが実現された。それまでは1500程度が上限であったことを考えると、格段の改善であり、AlN表面並びにAlN/diamond界面での散乱が減少したこととAlNの結晶性が向上したことが主因と考えられる。
一方、ECRスパッタ法によるAlNの堆積にも試み、成長条件の最適化により、Si(111)基板上にx線回折(0002)面のFWHMが1°以下という高品質AlNが成長可能となった。現在、単結晶ダイヤモンド基板の高温熱処理により清浄表面を実現し、その上へ単結晶AlN薄膜のエピタキシャル成長を試みている。実現でき次第、SHF帯SAW共振子を開発し、さらにどの程度Qが向上できるか明らかにしたい。
また、AlNよりも格段に圧電性の大きなScAlN薄膜についても高品質膜の成長を実現し、単結晶ダイヤモンド基板と組み合わせてSHF帯低損失・広帯域SAWフィルタへの適用も目指した。その結果、3GHzを超える周波数帯で非常に大きな電気機械結合係数と低損失が同時に得られることを明らかとなった。
現在、これらの素子では、耐電力性・非線形性が極めて優れることが予想されるため、それらの自動評価系を開発している。なお、これらを高精度に評価するためには温度が重要なパラメータであることが判ったので、本年度は温度特性の自動評価システムを構築した。また、これらの共振子を用いたSHF帯発振器の開発も進めている。
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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
高品質AlN並びにScAlN膜の堆積や単結晶ダイヤモンドを利用したShF帯高Q共振子の試作においては、当初想定していた以上の性能が得られており、次年度での両者の組み合わせの検討により、さらに高性能化が期待される。一方、予定していた耐電力性・非線形性の評価は、温度特性評価系の構築を先行させたため、今年度は手付かずである。また、試作チップを発振回路上に如何に実装するかを検討中で、高Q共振子を用いたSHF帯発振器実現には至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
高品質AlN並びにScAlN膜の堆積や単結晶ダイヤモンドを利用したSHF帯高Q共振子の試作に関しては、予定通りに研究活動を推進する予定である。一方、予定より遅れている耐電力性・非線形性の評価並びに高Q共振子を用いたSHF帯発振器の課題については、次年度中に目標を達成し、予定に追いつきたいと考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度購入予定の機器が多少の増額でより高性能な機器が購入可能なことが判ったため、今年度の旅費や人件費の支出を抑えm次年度への繰越金を作り出した。次年度の機器購入の際にこの繰越分を活用する予定である。
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