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2016 年度 実績報告書

極性反転多層構造の巨大圧電性薄膜を用いたGHz帯高分解能超音波プローブの実現

研究課題

研究課題/領域番号 15K13974
研究機関早稲田大学

研究代表者

柳谷 隆彦  早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (10450652)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード圧電薄膜 / 極性反転構造 / 高周波超音波プローブ
研究実績の概要

超音波顕微鏡や検査映像装置の分解能は、超音波プローブに用いる圧電薄膜の物理特性によって制限されている。感度、分解能、周波数が飛躍的に高まれば、固体物性、非破壊検査分野、生体イメージング分野における学術的意義は大きい。
本研究では、研究者が発見した巨大圧電性薄膜と極性反転多層構造のアイディアを組み合わせて、新材料新構造の超音波プローブを開発に成功した。この極性反転多層構造は、当該分野では常識的となっている「薄さと耐電圧性のトレードオフ」を解消するものである。
極性反転多層構造を高配向Ti下地電極薄膜を持つ石英基板の上に作製し、プローブを試作した。ここで、反転した各層の膜厚は、ほぼ同じ厚さに揃えてある。ネットワークアナライザ(保有)を用いてプローブの圧電層部分に高周波電界を印加し超音波を発生させ、ロッド裏面で反射して再び圧電層に戻る音波の受波信号を測定した。測定には反射係数S11を逆フーリエ変換したタイムドメイン機能を用いた。一般に映像装置に使われるオシロスコープとプリアンプの構成に比べて、本測定系はヘテロダイン方式を用いていることから、測定時間は長いが低雑音で測定精度は高いと考えられる。
あらかじめ機械回路モデル(音響伝送回路モデル)によりシミュレーションした送受波の周波数特性と実験により得られた音波の送受波特性とを比較した。その結果、計画どおり計算で予想した高感度特性が得られていることが確認できた。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 15件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Al極性ScAlNとO極性ZnO薄膜を用いた多層構造の高効率超音波トランスデューサ2017

    • 著者名/発表者名
      森 剛志、柳谷 隆彦
    • 雑誌名

      超音波テクノ(日本工業出版) ,,

      巻: vol. 29 ページ: pp. 84-87

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of anisotropy on stress-induced electrical potentials in bovine bone using ultrasound irradiation2017

    • 著者名/発表者名
      S. Matsukawa, T. Makino, S. Mori, D. Koyama, S. Takayanagi, K. Mizuno, T. Yanagitani, and M. Matsukawa,
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 110, ページ: pp.143701

    • DOI

      10.1063/1.4979599

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of energetic negative ions generated from sputtering targets on ScAlN film growth2016

    • 著者名/発表者名
      S. Takayanagi, M. Matsukawa, T. Yanagitani
    • 雑誌名

      Proc. IEEE Ultrason. Symp.

      巻: 1 ページ: pp. 1-4,

    • DOI

      10.1109/ULTSYM.2016.7728836

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid and simultaneous measurement of longitudinal and shear wave velocities by Brillouin scattering from artificially induced phonons2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kawabe, Y. Shibagaki, M. Matsukawa, T. Yanagitani M. Suzuki, S .Takayanagi,
    • 雑誌名

      Proc. IEEE Ultrason. Symp.

      巻: 1 ページ: pp. 1-4,

    • DOI

      10.1109/ULTSYM.2016.7728801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acoustic wave velocities and refractive indices in an m-plane GaN single crystal plate and c-axis oriented ScAlN films measured by Brillouin scattering tecniques,2016

    • 著者名/発表者名
      H.Ichihashi,T. Yanagitani M.Suzuki,S.Takayanagi,M.kawabe,S.Tomita and M.Matsukawa
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Ultrason.,Ferroelectr.,Freq.Contr.

      巻: 63 ページ: pp.717-725

    • DOI

      10.1109/TUFFC.2016.2544864

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Method for measuring polarity-inverted layered structure in dielectric thin films using scanning nonlinear dielectric microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      H. Odagawa, K. Terada, H. Nishikawa, T. Yanagitani and Y. Cho
    • 雑誌名

      Ferroelectrics,

      巻: vol. 498, ページ: pp. 47-51

    • DOI

      10.1080/00150193.2016.1169493

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ScAlN/ZnO極性反転圧電薄膜を用いた2次モード励振超音波トランデューサ2016

    • 著者名/発表者名
      森剛志、鈴木雅視、柳谷隆彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: vol. 116 ページ: pp.1-6

    • DOI

      non

  • [雑誌論文] Hz帯で純横波超音波を高効率励振するc軸平行ZnO薄膜トランスデューサ2016

    • 著者名/発表者名
      森剛志、鈴木雅視、柳谷隆彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: vol. 116 ページ: pp.7-12

    • DOI

      non

  • [学会発表] 単結晶PZT/PTエピタキシャル薄膜を用いた周波数切り替え可能な共振子2017

    • 著者名/発表者名
      森剛志、高柳真司。清水貴博、柳谷隆彦
    • 学会等名
      2017年電子情報通信学会総合大会
    • 発表場所
      名城大学 天白キャンパス
    • 年月日
      2017-03-22 – 2017-03-25
  • [学会発表] 電気機械結合係数 kt2=19%のScAlN厚膜を用いた低周波帯80 MHzトランスデューサ2017

    • 著者名/発表者名
      佐野耕平、唐澤嶺、柳谷隆彦
    • 学会等名
      圧電材料・デバイスシンポジウム2017
    • 発表場所
      東北大学カタールサイエンスキャンパスホール
    • 年月日
      2017-02-06 – 2017-02-07
  • [学会発表] RFマグネトロンスパッタ法を用いて作製したc軸平行配向ZnO膜の 圧電不活性層低減に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      盛一馬、高柳真司、松川真美、柳谷隆彦
    • 学会等名
      圧電材料・デバイスシンポジウム2017
    • 発表場所
      東北大学カタールサイエンスキャンパスホール
    • 年月日
      2017-02-06 – 2017-02-07
  • [学会発表] c軸傾斜配向ScAlN膜/ブラック反射層構造のGHz帯厚みすべりモード共振子を用いた液体粘性評価2017

    • 著者名/発表者名
      唐澤嶺、山川愉生、森剛志、矢﨑花、佐野耕平、柳谷隆彦
    • 学会等名
      圧電材料・デバイスシンポジウム2017
    • 発表場所
      東北大学カタールサイエンスキャンパスホール
    • 年月日
      2017-02-06 – 2017-02-07
  • [学会発表] c軸傾斜配向ScAlN膜/ATカット水晶基板構造の低TCF横波共振子を用いた 広帯域周波数粘度測定2017

    • 著者名/発表者名
      山川愉生、佐野耕平、唐澤嶺、森剛志、柳谷隆彦
    • 学会等名
      圧電材料・デバイスシンポジウム2017
    • 発表場所
      東北大学カタールサイエンスキャンパスホール
    • 年月日
      2017-02-06 – 2017-02-07
  • [学会発表] 抗電界差による基本モード/高次モード周波数切替可能なPZT/PTエピ膜分極反転共振子2017

    • 著者名/発表者名
      清水貴博、森剛志、柳谷隆彦、和佐清孝
    • 学会等名
      圧電材料・デバイスシンポジウム2017
    • 発表場所
      東北大学カタールサイエンスキャンパスホール
    • 年月日
      2017-02-06 – 2017-02-07
  • [学会発表] 励起フォノンを用いたBrillouin散乱測定の高速化に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      柴垣慶明, 川部昌彦, 柳谷隆彦, 高柳真司, 鈴木雅視, 松川真美
    • 学会等名
      第58回光波センシング技術研究会
    • 発表場所
      東京理科大学 神楽坂校舎 森戸記念館
    • 年月日
      2016-12-08 – 2016-12-09
  • [学会発表] c-axis tilted ScAlN shear wave acoustic Bragg reflect resonator for gigahertz viscosity measurement2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mori, Yui Yamakawa, Rei Karasawa, Ko-hei Sano,Takahiko Yanagitani, Shinji Takanayanagi
    • 学会等名
      5th Joint Meeting of the Acoustical Society of America and Acoustical Society of Japan
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village
    • 年月日
      2016-11-28 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature stable liquid gigahertz viscosity sensors by combining shear mode piezoelectric ScAlN thin film and AT-cut quartz crystal plate2016

    • 著者名/発表者名
      Ko-hei Sano, Takeshi Mori, Rei Karasawa, Takahiko Yanagitani
    • 学会等名
      5th Joint Meeting of the Acoustical Society of America and Acoustical Society of Japan
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village
    • 年月日
      2016-11-28 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] High electromechanical coupling of sezawa mode SAW using a polarization-inverted ScAlN film/highvelocity substrate structure2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Takayanagi, Takahiko Yanagitani
    • 学会等名
      The 37th Symposium on Ultrasonic Electronics
    • 発表場所
      釜慶大学
    • 年月日
      2016-11-16 – 2016-11-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Piezoelectric stiffening in the thickness direction of c-plane ZnO single crystal measured by Brillouin2016

    • 著者名/発表者名
      Shota Tomita, Takahiko Yanagitani, Shinji Takayanagi, Mami Matsukawa
    • 学会等名
      The 37th Symposium on Ultrasonic Electronics
    • 発表場所
      釜慶大学
    • 年月日
      2016-11-16 – 2016-11-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of piezoelectricity in bone by ultrasound irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      Sayaka Matsukawa1, Shunki Mori, Daisuke Koyama, Shinji Takayanagi, Katsunori Mizuno Takahiko Yanagitani, Mami Matsukaw
    • 学会等名
      The 37th Symposium on Ultrasonic Electronics
    • 発表場所
      釜慶大学
    • 年月日
      2016-11-16 – 2016-11-18
    • 国際学会
  • [学会発表] High electromechanical coupling of Sezawa mode SAW in c-axis-parallel-oriented ScAlN film/high-velocitysubstrate structures2016

    • 著者名/発表者名
      S. Takayanagi, M. Matsukawa, T. Yanagitani
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Electromechanicalcoupling hysteresis curvesof Pb(Zr,Ti)O<sub>3</sub>and PbTiO<sub>3</sub>epitaxial films determinedby ultrasonic measurementusing film/substratestructure2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mori, M. Suzuki, S. Takayanagi, T. Yanagitani
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] The frequencyswitchable resonatorconsisting of polarityinverted Pb(Zr,Ti)O<sub>3</sub>/PbTiO<sub>3</sub>epitaxial multilayer2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mori, M. Suzuki,T. Yanagitani
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of viscousliquid using resonance andanti-resonance of thicknessshearmode resonatorconsisting of c-axis paralleloriented ZnO film2016

    • 著者名/発表者名
      R. Iwanaga, S. Takayanagi, Y. Watanabe, M. Matsukawa, T. Tsuchiya, T. Yanagitani
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement ofelectromechanical propertiesin c-axis parallel orientedZnO film by RF magnetronsputtering with negative ionbombardment2016

    • 著者名/発表者名
      K. Mori, S. Takayanagi, M. Matsukawa, T. Yanagitani
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid and simultaneousmeasurement of longitudinaland shear wave velocitiesby Brillouin scattering fromartificially induced phonons2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kawabe, T. Yanagitani, S. Takayanagi, Y. Shibagaki, M. Suzuki, M. Matsukawa
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Anisotropic behavior ofinduced electric potentialsin bone by ultrasoundirradiation2016

    • 著者名/発表者名
      S. Matsukawa, S. Mori, Isao Mano, T. Yanagitani, K. Mizuno, S.Takayanagi, M. Matsukawa
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Brillouin scatteringstudy on piezoelectricstiffening effect in thethickness direction ofc-plane ZnO single crystal2016

    • 著者名/発表者名
      S. Tomita, T. Yanagitani, S. Takayanagi, H. Ichihashi, M. Matsukawa
    • 学会等名
      2016 IEEE International Ultrason. Symp
    • 発表場所
      VINCI convention center, Tours
    • 年月日
      2016-09-18 – 2016-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] ScAlN薄膜トランスデューサを用いた縦波・横波のブリュアン散乱光の同時増幅2016

    • 著者名/発表者名
      柴垣慶明,川部昌彦,柳谷隆彦,高柳真司,鈴木雅視,松川真美
    • 学会等名
      日本音響学会2016年秋季研究発表会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [学会発表] Electromechanical coupling hysteresis curves of Pb(Zr,Ti)O3 epitaxial films determined by GHz ultrasonic method using film/substrate structure2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Yanagitani and Masashi Suzuki,
    • 学会等名
      13th International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators & Energy Conversion Materials and Devices 2016
    • 発表場所
      Seogwipo KAL Hotel, Jeju, Korea
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Polarity inverted Pb(Zr,Ti)O3/PbTiO3 epitaxial multilayer frequency switchable resonator in the GHz range2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mori, Takahiko Yanagitani, and Kiyotaka Wasa
    • 学会等名
      13th International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators & Energy Conversion Materials and Devices 2016
    • 発表場所
      Seogwipo KAL Hotel, Jeju, Korea
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-24
    • 国際学会
  • [学会発表] 超音波顕微鏡プローブ用の新しい圧電薄膜材料2016

    • 著者名/発表者名
      柳谷隆彦
    • 学会等名
      第8回バイオ超音波顕微鏡研究会
    • 発表場所
      東北大学東京分室
    • 年月日
      2016-07-02 – 2016-07-02
    • 招待講演
  • [備考] 研究室HP

    • URL

      http://www.eb.waseda.ac.jp/yanagitani/index.html

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公開日: 2018-01-16  

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