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

2001 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, 教授 (40179966) ; 荒川 元孝 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00333865) ; 高長 和泉 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30323059) ; 宮下 雅仁 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 / 走査形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13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)超音波材料解析システムの高精度化
表面加工層・変質層による音響特性のわずかな変化を捉えるために、LFBシステム精度の検討を行った。これにより、複数の試料を連続的に測定することが可能となった。また、高精度な標準試料を作成することにより、LFBシステムの絶対精度を向上させた。
2.表面加工層モデル試料の評価
表面加工層モデル試料として(A)プロトン交換、および熱処理により作製したZ-cut LiTa0_3、および(B)プロトン交換および熱処理により作製したLiTa0_3分極反転層を取り上げ、評価を行った。LFBシステムにより測定したLSAW速度に対して、膜厚の分解能は(A)の試料に対して0.0041μm、(B)の試料に対して0.0080μmとなり、本システムの分解能がナノメーターオーダーであることを明らかにした。
3.Bond法によるLiNbO_3、LiTaO_3単結晶基板の超精密格子定数測定法の検討
試料としてLiNbO_3、LiTaO_3単結晶基板を用いた場合の、Bond法により格子定数を高精度に測定する方法について検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] J.Kushibiki, Y.Ono, Y.Ohashi, M.Arakawa: "Development of the Line-Focus-Beam Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans. UFFC. 49・1. 99-113 (2002)
• [文献書誌] J.Kushibaki, I.Takanaga, S.Nishiyama: "Accurate Measurements of the Acoustical Physical Constants of Synthetic α-Quartz for SAW Devices"IEEE Trans. UFFC. 49・1. 125-135 (2002)
• [文献書誌] J.Kushibaki, Y.Ohashi, T.Ujiie: "Standardized Evaluation of Chemical Compositions of LiTaO_3 Single Crystals for SAW Devices Using the LFB Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans. UFFC. (in press). (2002)
• [文献書誌] J.Kushibaki, Y.Ohashi, Y.Ono, and T.Sasamata: "Evaluation and Improvement of Optical-Grade LiTaO_3 Single Crystals by the LFB Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans. UFFC. (in press). (2002)
• [文献書誌] J.Kushibaki, M.Arakawa, R.Okabe: "High-Accuracy Standard Specimens for the Line-Focus-Beam Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans. UFFC. (in press). (2002)
• [文献書誌] I.Takanaga, J.Kushibiki: "A Method of Determining Acoustical Physical Constants for Piezoelectric Materials by Line-Focus-Beam Acoustic Microscopy"IEEE Trans. UFFC. (in press). (2002)
• [文献書誌] J.Kushibaki, I.Takanaga, S, Komatsuzaki, T.Ujiie: "Chemical Composition Dependences of the Acoustical Physical Constans of LiNbO_3 and LiTaO_3 Single Crystals"J. Appl. Phys. (in press). (2002)
• [文献書誌] K.Matsuura, Y.Cho, H.Odagawa: "Measurement of the Ferroelectric Domain Distributions Using Nonlinear Dielectric Response and Piezoelectric Response"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・5B. 3534-3537 (2001)
• [文献書誌] Y.Cho, K.Ohara, A.Koike, H.Odagawa: "New Functions of Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy (8160)16Higher-Order Measurement and Vertical Resolution(8160)16"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・5B. 3544-3548 (2001)
• [文献書誌] Y.Cho, K.Ohara: "Higher Order Nonlinear Dielectric Imaging Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・6B. 4349-4353 (2001)
• [文献書誌] K.Matsuura, Y.Cho, H.Odagawa: "Fundamental Study on Nano Domain Engineering Using Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・6B. 4354-4356 (2001)
• [文献書誌] K.Ohara, Y.Cho: "Fundamental Study of Surface Layer on Ferroelectrics by Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・9B. 5833-5836 (2001)
• [文献書誌] Y.Cho, S.Kazuta, H.Ito: "Scanning nonlinear dielectric microscopy study on periodically poled LiNbO_3 for high-performance quasi-phase matching devices"Appl. Phys. Lett.. 79・18. 2955-2957 (2001)
• [文献書誌] T.Sakai, T.Watanabe, Y.Cho, K.Matsuura, H.Funakubo: "Characterization of Ferroelectric Property of C-Axis- and Non-C-Axis-Oriented Epitaxially Grown Bi_2Vo_<5.5> Thin Films"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・11. 6481-6486 (2001)
• [文献書誌] Y.Cho, K.Ohara: "Higher Order Nonlinear Dielectric Microscopy"Appl. Phys. Lett.. 79・23. 3842-3844 (2001)
• [文献書誌] H.Odagawa, Y.Cho: "Measuring of ferroelectric polarization component parallel to the surface by scanning nonlinear dielectric microscopy"Appl. Phys. Lett.. (in press). (2002)