| 研究課題/領域番号 |
25420399
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大橋 雄二 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50396462)
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| 研究分担者 |
唐木 智明 富山県立大学, 工学部, 准教授 (10254236)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 精密超音波計測 / ランガサイト系単結晶 / 音響関連物理定数 / 温度係数 / 圧電デバイス |
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| 研究概要 |
ランガサイト系単結晶は、高温環境下で動作する温度・圧力センサーデバイスや、次世代の情報通信用高安定発振デバイスの材料として期待されている。デバイス設計には高精度な音響関連物理定数とその温度係数が不可欠である。本研究では、従来の計測法における問題点を明確化すると同時に、最適な計測法および定数決定法を構築し、新しい計測標準として確立することを目的とする。また、高精度超音波計測技術による評価を通して、様々な置換型結晶があるランガサイト系単結晶の中で最も優れた特性を有する材料を探索する。
まず、従来の温度係数測定法としてパルスエコー法と共振法を取り上げ、高安定情報通信用発信器に利用されるデバイスの温度領域(-40～150℃)をカバーする温度係数の測定が行える装置を構築した。小型環境試験機をベースに、共振法測定用にはインピーダンスアナライザーを、パルスエコー法測定用にはネットワークアナライザーのタイムドメイン機能を利用して構築した。
次に、従来の計測法の問題点について検討するために、室温近傍で高精度な定数決定が可能な超音波マイクロスペクトロスコピー(UMS)技術と従来法の比較を行った。ランガサイト系単結晶と同じ結晶系（点群３２）に属する水晶文献値において、UMS法と共振法、パルスエコー法により決定された定数の温度特性を比較した。その結果、UMS法とパルスエコー法の結果はよく一致するのに対し、共振法の結果は、特定の定数で温度係数に比較的大きな差があることを見出した。これは、共振法では圧電性との結合が無い伝搬モードの計測ができないことに起因している。そこで、共振法では直接励振が不可能なZ軸伝搬縦波・横波および回転Y軸伝搬縦波をパルスエコー法での測定に置き換えた定数決定手順を構築し、さらに定数の絶対値をUMSによる測定値で校正する手法を開発した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画していた研究内容を実行でき、より高精度な定数・温度係数測定法のベースを構築できたため、次年度に向けて実際の測定を通して実証・改良していく準備が済んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度構築した定数・温度係数決定法をもとに、ランガサイト系単結晶に対して、定数および温度係数の測定を進める。試料として、各ランガサイト系単結晶から、音速測定用としてX板、Y板、Z板、回転Y板(２種類)、線膨張係数測定用試料(X棒、Z棒)、誘電率測定用試料(X板、Z板)を切り出し準備する。LGS、LTGA、CNGSについては既に準備ができており、LTGやCTGSについても準備を進める。これらに対する計測において、パルスエコー法では、外部励振源となる振動子(縦波用：36°Y-cut LiNbO3、横波用：X-cut LiNbO3)の試料への接着方法、電極形状、リード線の取付け方について、共振法では電極形状とリード線の付け方について適した方法を検討しながら、各材料の定数・温度係数測定を継続する。定数・温度係数が確定した材料に対しては、振動子や弾性表面波フィルターなどのデバイスとして最適なカット角および伝搬方向を計算により求め、どの材料がより適しているかを比較して行く。
また、高温センサー応用に対する温度係数の測定のために、高温領域(室温～1000℃)の温度係数測定法について、適した試料支持方法、電極取り出し方法など検討し、低温側の結果との比較を行い、最適な決定手順を明らかにする。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
次年度使用額は、平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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