超高品質人工水晶の超音波マイクロスペクトロスコピー

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555085
• 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: 宮下 雅仁 東北大学, 電気通信研究所, 非常勤研究員 ; 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) ; 永井 邦彦 東洋通信機(株), 水晶技術本部・技術材料部, 部長(研究職)
• キーワード: 超音波マイクロスペクトロスコピー / 人工水晶 / 音響関連物理定数 / バルク波音速 / 誘電率 / 密度 / 天然水晶 / 漏洩弾性表面波

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)技術を人工水晶の結晶育成評価技術の確立、高精度な音響物理定数の決定、デバイス基板の評価法の確立に適用し、世界の人工水晶関連産業・科学分野における「新たな目標とスタンダード」を与えることを目指している。
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.計測システムの高精度化
音響関連物理定数を高精度に決定するために、LFB超音波材料解析システム、超高周波バルク超音波計測システム、超精密厚さ測定システム、精密絶対周波数発生システム、誘電率測定システムの精度を向上させた。
2.SAWデバイス用人工水晶の音響関連物理定数の精密測定
SAWグレードの人工水晶からX面、Y面、Z面、および複数の回転Y板を切り出し、縦波音速、横波音速、密度、誘電率を高精度に測定により、すべての音響関連物理定数を精密に決定した。定数決定に用いていない試料に対する音速の測定値と決定した定数による計算値を比較したところ、測定値と計算値は±0.2m/s(士0.0004%)以内で一致した。
3.天然水晶と人工水晶の音響特性の比較
天然水晶と人工水晶のX板,Y板,Z板を用意し、縦波音速、横波音速、漏洩弾性表面波速度の測定を行った。この結果、音速差はすべての場合において1.00m/s以内となり、天然水晶と人工水晶の音響関連物理定数は非常に近い値であることがわかった。

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. UFEC. 49・1. 99-113 (2002)
• [文献書誌] J.Kushibiki, 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.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.. (in press). (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. (in press). (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. (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.Kushibiki, I.Takanaga, S.Komatsuzaki, T.Ujiie: "Chemical Composition Dependences of the Acoustical Physical Constants of LiNbO_3 and LiTaO_3 Single Crystals"J. Appl. Phys.. (in press). (2002)