UMS技術を用いた超高周波SAWデバイス用単結晶基板表面の評価技術の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450119
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 櫛引 淳一 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50108578)
• 研究分担者: 長 康雄 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (40179966) ; 高長 和泉 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30323059) ; 松本 泰 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (20312598) ; 荒川 元孝 東北大学, 電気通信研究所, 非常勤研究員 ; 小田川 裕之 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (00250845)
• キーワード: 超音波マイクロスペクトロスコピー / LFB超音波顕微鏡 / V(z)曲線解析法 / 表面加工層 / 漏洩弾性表面波 / 単結晶材料評価 / SAWデバイス用材料 / 走査型非線形誘電率顕微鏡

研究概要

本研究では、本研究代表者らが発明・開発した超音波マイクロスペクトロスコピー(UMS)技術を超高周波(SHF)帯SAWデバイス用LiNbO_3とLiTaO_3単結晶基板の表面加工層・変質層の問題に適用し、その定量的解析・評価技術の確立を目指している。
平成12年度の研究成果を要約すると以下の通りである。
1.直線集束ビーム(LFB)計測システムの高周波化:広い周波数範囲(100MHz〜1GHz)をカバーする複数個の集束超音波デバイスを開発した。また、高周波帯における速度測定精度を維持するため、複素量測定システムに拡張した。
2.試料A(圧電単結晶(LiNbO_3,LiTaO_3)基板表面上における表面加工層モデル試料(同一結晶材料に対し、異なる研磨工程を経て作製した試料))、および試料B(ガラス(合成石英)基板表面における表面加工層モデル試料(試料Aと同様に加工工程を変えて作製したもの))に対するLFBおよびバルク計測システムによる実験的手法を確立した。そして、試料Aに対して、LFB計測システムによりLSAW伝搬特性の周波数依存性を測定した。また、バルク超音波計測システムによる表面粗さの評価を行った。
3.材料表面近傍の超微細(原子サイズ)領域の分極分布を観測するため、走査型非線形誘電率顕微鏡をサブナノの分解能に改良した。
4.超精密格子定数測定(ボンド法)用X線回折装置による表面解析・評価を行うため、システムの測定分解能を7桁以上に向上させた。

研究成果

• [文献書誌] J.Kushibiki,T.Okuzawa,J.Hirohashi,and Y.Ohashi: "Line-Focus-Beam Acoustic Microscopy Characterization of Optical-Grade LiTaO_3 Single Crystals"J.Appl.Phys.. 87・9. 4395-4403 (2000)
• [文献書誌] J.Kushibiki,S.Nishiyama,and I.Takanaga: "Measurements of Bulk Acoustic Properties of Synthetic α-Quartz"Electronics letters. 36・10. 928-929 (2000)
• [文献書誌] Y.Ono and J.Kushibiki: "Experimental Study of Construction Mechanism of V(z) Curves Obtained by Line-Focus-Beam Acoustic Microscopy"IEEE Trans.UFFC.. 47・4. 1042-1050 (2000)
• [文献書誌] J.Kushibiki,Y.Ohashi,and Y.Ono: "Evaluation and Selection of LiNbO_3 and LiTaO_3 Substrates for SAW Devices by LFB Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans.UFFC. 47・4. 1068-1076 (2000)
• [文献書誌] J.Kushibiki and M.Arakawa: "Diffraction Effects on Bulk-Wave Velocity and Attenuation Measurements"J.Acoust.Soc.Am.. 108・2. 564-573 (2000)
• [文献書誌] N.Akashi,J.Kushibiki,and F.Dunn: "Measurements of Acoustic Properties of Aqueous Dextran Solutions in the VHF/UHF Range"Ultrasonics. 38・. 915-919 (2000)
• [文献書誌] J.Kushibiki,Y.Ono,and Y.Ohashi: "Exprimental Considerations on Water-Couplant Temperature for Accurate Velocity Measurements by the LFB Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Ultrasonics Symp.Proc.. (in Press). (2000)
• [文献書誌] J.Kushibiki and M.Miyashita: "Quantitative Evalutation of Fabrication Processes of Proton-Exchanged Layers in LiTaO_3 Optoelectronic Devices by the Line-Focus-Beam Ultrasonic Material Characterization System"J.Appl.Phys.. 89・4. 2017-2024 (2001)
• [文献書誌] Y.Cho,N.Oota,H.Odagawa,and K.Yamanouchi: "Quantitative Study on the Nonlinear Piezoelectric Effect in KNbO_3 Single Crystals for a Highly Efficient SAW Elastic Convolver"J.Appl.Phys.. 87・7. 3457-3461 (2000)
• [文献書誌] Y.Cho,O.Jintsugawa,and K.Yamanouchi: "Scanning Electron-Beam Dielectric Microscopy for the Investigation of the Temperature Coefficient Distribution of Dielectric Ceramics"J.Am.Ceram.Soc.. 83・5. 1299-1301 (2000)
• [文献書誌] Y.Cho,S.Kazuta,K.Ohara,and H.Odagawa: "Quantitative Measurement of Linear and Nonlinear Dielectric Characteristic Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・5B. 3086-3089 (2000)
• [文献書誌] S.Kazuta,Y.Cho,H.Odagawa,and M.Kadota: "Determination of the Polarities of ZnO Thin Films on Polar and Nonpolar Substrates Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・5B. 3121-3124 (2000)
• [文献書誌] K.Yamanouchi,K.Kotani,H.Odagawa,and Y.Cho: "Theoretical Analysis of Surface Acoustic Wave Propagation Characteristics under Strained Media and Application for High Temperature Stable High Coupling Acoustic Wave Substrates"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・5B. 3032-3035 (2000)
• [文献書誌] H.Odagawa,Y.Cho,H.Funakubo,and K.Nagashima: "Simultaneous Observation of Ferroelectic Domain Patterns by Scanning Nonlinear Dielectric Microscope and Surface Morphology by Atomic Force Microscope"Jpn.J.Appl.Phys. 39・6B. 3808-3810 (2000)
• [文献書誌] Y.Cho: "Determination of Electrostrictive and Third-Order Dielectric Constants of Piezoelectric Ceramics"Jpn.J.Appl.Phys. 39・6A. 3524-3527 (2000)
• [文献書誌] H.Odagawa and Y.Cho: "Simultaneous Observation of Nano-Sized Ferroelectric Domains and Surface Morphology Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Surface Science. 463・. L621-L625 (2000)
• [文献書誌] H.Odagawa and Y.Cho: "Theoretical and Experimental Study on Nanoscale Ferroelectric Domain Measurement Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys. 39・9B. 5719-5722 (2000)
• [文献書誌] H.Odagawa and Y.Cho: "Simultaneous Observation of Nanometer Size Ferroelectric Domains and Surface Morphology Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Ferroelectrics. (in Press). (2000)
• [文献書誌] Y.Cho: "Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy for Investigation of Nano-Sized Ferroelectric Domains and Local Crystal Anisotropy"Ferroelectrics. (in Press). (2000)
• [文献書誌] Y.Cho,A.Satoh and H.Odagawa: "Microscopic Observation of the Temperature Coefficient Distribution of Microwave Materials Using Scanning Electron-Beam Dielectric Microscopy"Journal of European Ceramic Society. (in Press). (2000)
• [文献書誌] N.Okaziki,H.Odagawa,Y.Cho,T.Nagamura,D.Komiyama,T.Koida,H.Minami,P.Ahmet,T.Fukumura,Y.Matsumoto,M.Kawasaki,T.Chikyow,H.Koinuma,T.Hasegawa: "Development of Scanning Microwave Microscope with Lamped Constant Resonator Probe for High-Throughput Characterization of Combinatorial Dielectric Materials"Applied Surface Science. (in Press). (2000)
• [文献書誌] Y.Cho,S.Kazuta,K.Matsuura,and H.Odagawa: "Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy with Nanometer Resolution"Journal of the European Ceramic Society,. (in Press). (2000)
• [文献書誌] Y.Cho,K.Ohara,S.Kazuta,and H.Odagawa: "Theory of Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy and Application to Quantitative Evaluation"Journal of the European Ceramic Society. (in Press). (2000)