利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TU0039

利用課題名 / Title

超高周波弾性波デバイスの開発 / Research of Ultra-high Frequency Acoustic Devices

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,ALD,CVD,PVD,スパッタリング/Sputtering,成形/Molding,リソグラフィ/Lithography,EB,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,高周波デバイス/ High frequency device,MEMSデバイス/ MEMS device,セラミックスデバイス/ Ceramic device

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

門田道雄

所属名 / Affiliation

東北大学大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-064：エリオニクス 130kV EB描画装置
 TU-167：電子ビーム蒸着装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

高速、大容量通信を目的として、5Gでは3.3〜5 GHzおよび24.25〜40 GHzが使用され、また、6Gでは40 GHz以上が計画されている。その空いた5～24.25　GHzでは、近年、5～７GHzはUNII用に、6.2～8.2 GHzはUWB用に割り当てられている。この周波数帯ではコイルとコンデンサからなるLCフィルタしかなく、今後、周波数の過密化や新しいシステムの導入に伴い、急峻な周波数特性、温度特性に優れた弾性波フィルタの実現が熱望されている。
筆者は、次の4点を考慮し、高周波BAW共振子を試作した。①音響損失の観点から圧電多結晶膜より単結晶薄板の方が高周波化に有利、②横波より音速の速い縦波が有利、③LiTaO3より圧電性の大きいLiNbO3(LN)基板の方が有利、④自己保持の不要な(solidly mounted type : SM)構造が有利。

実験 / Experimental

【利用した主な装置】
　電子ビーム蒸着装置
　エリオニクス 130kV EB描画装置
【実験方法】
　LN薄板/ 音響多層膜/ 保持基板のＬＮ薄板側にレジスト塗布、EB露光、現像、ＥＢ蒸着、レジスト剥離で、ＬＮ上に10 nm厚のTi、100 nm厚のAl電極を形成し、周波数特性を測定した。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1に0.81 μm厚の36ºY (LN)/ 厚み0.46t厚のSiO₂とTa膜が交互に6層の多層膜/ 水晶保持基板構造のBAW共振子の特性を示す。基本波で中心周波数4 GHz、帯域8.4%、インピーダンス比54 dBが得られた。 Fｉｇ. 2に、0.5 μm厚の36ºY LN/ 厚み0.２４t厚のSiO₂とTa膜が交互に6層/ Si保持基板構造のBAW共振子の特性を示す。最適音響膜厚0.5ｔから大きくずれているにも関わらす、基本波で中心周波数７ GHz、帯域4.1%、インピーダンス比37 dBが得られた。音響膜厚を最適厚に調整することにより、さらに良好な特性が期待できる。また、実現可能な300 nm厚のLNを用いることにより、基本波で11.7　GHzの励振が可能である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 Frequency characteristic of SM-BAWR using 0.81 μm thick LN (each thickness of acoustic films of 0.46t).

Fig. 2 Frequency characteristic of SM-BAWR using 0.5 μm thick LN (each thickness of acoustic films of 0.24t).

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究の一部は総務省の戦略的情報通信研究開発推進事業(SCOPE)(#JP225002001)の委託を受けた。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Michio Kadota, 4 and 7 GHz solidly mounted thickness extension mode bulk acoustic wave resonators using 36°Y LiNbO₃, Japanese Journal of Applied Physics, 62, SJ1004(2023).
DOI: 10.35848/1347-4065/acb363

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

[1] 門田,山下,田中,圧電材料・ﾃﾞﾊﾞｲｽｼﾝﾎﾟ2023, ｐ.91.
[2] 門田,山下,田中, 第10回弾性波素子技術コンソーシアム，2023, p. 5.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件