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

2002 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: 小田川 裕之 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (00250845) ; 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)
• キーワード: 超音波マイクロスペクトロスコピー / LFB超音波材料解析システム / 標準試料 / 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14年度の研究成果を要約すると以下の通りである。
1.直線集束ビーム超音波材料解析(LFB-UMC)システムを高精度に絶対校正するための適切な標準試料の選択法を見出した。被校正試料と同一材料、カット面、伝搬方向を有する標準試料を選択することにより、LSAW速度におけるシステム間の校正誤差を測定再現性程度の±0.004%以下に、また、その絶対精度として±0.02%以下にすることができた。さらに、この適切な標準試料の選択法により、他の伝搬波モードの影響による解析上の誤差を同時に除去できた。
2.LiNbO_3とLiTaO_3単結晶のコングルエント組成付近における音響関連物理定数の化学組成比依存性を決定し、任意の化学組成比の結晶に対するLSAW伝搬特性の理論値の計算が可能になった。
3.LFB-UMCシステムによる200MHz帯でのLSAW速度測定により、あらかじめ化学組成比分布を把握したLiTaO_3単結晶ウェハ基板に対し、0.5、1、2、3、5、7.5、10GHz帯のSAWデバイスを作製し、その中心周波数を測定した。その結果、LSAW速度(化学組成比)分布に起因する変化以上の中心周波数のばらつきが捉えられた。さらに、SAWデバイスの周波数が高くなるに従い、中心周波数のばらっきが大きくなる傾向があった。これは、超高周波SAWデバイス作製における歩留り低下が、基板の化学組成比分布やデバイス作製プロセス上の問題以外に、ウェハ基板表面状態(表面加工層)に起因していることを捉えたものと考える。

研究成果

• [文献書誌] J.Kushibiki, 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.. 49・4. 454-465 (2002)
• [文献書誌] J.Kushibiki, 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.. 91・10. 6341-6349 (2002)
• [文献書誌] J.Kushibiki, M.Arakawa, R.Okabe: "High-Accuracy Standard Specimens for the Line-Focus-Beam Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans. UFFC.. 49・6. 827-835 (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.. 49・7. 893-904 (2002)
• [文献書誌] J.Kushibiki, Y.Ohashi, Y.Ono, T.Sasamata: "Evaluation and Improvement of Optical-Grade LiTaO_3 Single Crystals by the LFB Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans. UFFC.. 49・7. 905-914 (2002)
• [文献書誌] M.Miyashita, J.Kishibiki: "Evaluation of the Annealing Effect of Proton-Exchanged LiTaO_3 Optical Waveguides by the Line-Focus-Beam Ultrasonic Material Caracterization System"J. Appl. Phys.. 92・5. 2861-2866 (2002)
• [文献書誌] M.Miyashita, J.Kushibiki: "Quantitative Characterization of the Fabrication Processes of Domain-Inverted layers in LiTaO_3 by the Line-Focus-Beam Ultrasonic Material Characterization System"J. Appl. Phys.. 92・7. 3958-3966 (2002)
• [文献書誌] J.Kishibiki, Y.Ohashi, N.Mishima: "Calibration of Curie Temperature for LiTaO_3 Single Crystals by the LFB Ultrasonic Material Characterization System"IEEE Trans. UFFC.. (in press). (2003)
• [文献書誌] J.Kushibiki, R.Okabe, M.Arakawa: "Precise Measurements of Bulk-Wave Ultrasonic Velocity Dispersion and Attenuation in Solid Materials in the VHF Range"J. Acoust. Soc. Am.. (in press). (2003)