山梨大学 圧電フロンティア研究ユニット

弾性波デバイス応用

担当：垣尾省司・鈴木雅視
所属：電気電子工学科
専門：超音波エレクトロニクス

 

トピックス

超音波研究会で学生研究奨励賞を受賞

　令和2年10月6日（火）、大学院修士課程工学専攻電気電子工学コース2年の浅川詩織さん（指導教員：垣尾省司教授）が超音波研究会において、学生研究奨励賞を受賞しました。
　同賞は、電子情報通信学会・日本音響学会・超音波研究会において、口頭発表した学生の中から、優れた論文および口頭発表をした学生に対して贈られるものです。
　受賞テーマは「LiTaO3/水晶接合構造上のリーキーSAW共振特性の周波数依存性」で、5G通信システムへの適用が期待される高性能な異種材料接合構造による弾性表面波(SAW)共振子について、共振特性の周波数依存性を実験的に明らかにした研究成果を報告したものです。
　山梨大学HP

応用物理学会で講演奨励賞を受賞

　令和2年3月12日（木）、大学院修士課程工学専攻電気電子工学コース1年の浅川詩織さん（指導教員：垣尾省司教授）が第47回公益社団法人応用物理学会講演奨励賞を受賞しました。
　同賞は、応用物理学会の春季および秋季学術講演会において、応用物理学の発展に貢献しうる優秀な一般講演論文を発表した若手会員に対して贈られるもので、今回は2019年秋季学術講演会において選出された39名が受賞しました。
　受賞テーマは「LiNbO3/SiO2/水晶構造におけるリーキーSAWの解析」で、異種材料接合構造に誘電体アモルファス薄膜を中間層として設けると、弾性表面波(SAW)の共振特性が向上することを理論的に明らかにした研究成果を報告したもので、スマートフォン等に用いられる高周波フィルタの高性能化を図る技術として期待されています。
　山梨大学HP

過去のトピックス

 

研究概要

　弾性表面波(Surface Acoustic Wave: SAW)は，弾性体の自由表面に沿って伝搬する導波(Guided Wave)であり，代表的なものが1885年頃Rayleighによって理論的に証明されたレイリー波です．古くから材料の非破壊評価などに応用されてきましたが，1965年に「すだれ状電極(Interdigital Transducer: IDT)」の発明によって圧電基板上で効率良く波の送受波が出来るようになり，フィルタ・遅延線・共振器・コンボルバなど様々な信号処理機能デバイスに応用されるようになりました．
　小型，高信頼性，高安定性などの特徴を活かし，TV・VTR・BSチューナーのフィルタ，スマートフォン・携帯電話・カーナビなどの移動体通信用のフィルタ，デュプレクサ，ETC用フィルタ，CATV用フィルタ，無線LANなどに実用化されており，私たちの高度情報化社会を支えています．近年，特に移動体通信の需要増大に伴い，SAWデバイスの高性能化が要求されています．そこで，当研究室では，

SAWモード，基板構造，圧電薄膜材料について研究を行っています．

図　SAWフィルタの原理

　一方，光導波路を伝搬する導波光（Optical Guided Wave: OGW）と弾性表面波との音響光学相互作用（Acousto-Optic Effect: AO Effect）を利用した導波路型AOデバイスは，波長可変フィルタや光周波数シフタを構築できるというAO効果特有の特徴に加え，バルク型光デバイスと比較して，駆動パワーが低い，設計自由度が高いなどの特徴を有しているため，幅広く研究がなされています．
　当研究室では，ブラッグ回折を基本とするコプレーナ形の導波路型AO変調素子（AO　Modulator: AOM）の研究を行っており，光波長帯域が広い，応答速度が速いという特徴を利用して，ユニークなAOデバイスを開発しています．

 

圧電体に関する主な研究業績

  1. J. Hayashi, M. Gomi, M. Suzuki, S. Kakio, H. Suzaki, T. Yonai, K. Kishida, and J. Mizuno: “High-coupling leaky SAWs on LiTaO3 thin plate bonded to quartz substrate,” Proceedings of 2017 IEEE International Ultrasonics Symposium, P4-C1-1, pp.1-4, 2017/09/09, [Washington DC, USA]
  2. Y. Sugaya and S. Kakio: “Evaluation of piezoelectric Ta2O5 thin films deposited on SrTiO3 substrates", Jpn. J. Appl. Phys., vol.56, no.7S1, 07JD12, 2017.
  3. M. Gomi, T. Kataoka, J. Hayashi and S. Kakio: “High-coupling leaky surface acoustic waves on LiNbO3 or LiTaO3 thin plate bonded to high-velocity substrate",Jpn. J. Appl. Phys., vol.56, no.7S1, 07JD13, 2017.
  4. S. Kakio and K. Hosaka: “Loss reduction of leaky surface acoustic wave by loading with high-velocity thin film,” Jpn. J. Appl. Phys., vol.55, no.7S, 07KD11, 2016.
  5. S. Kakio, H. Fukasawa, K. Hosaka: “Love-type surface acoustic wave on Y-X LiTaO3 with amorphous Ta2O5 thin film,” Jpn. J. Appl. Phys., vol.54, no.7S, 07HD03, 2015.
  6. S. Kakio and K. Hosaka: “Loss reduction of leaky surface acoustic wave by loading with high-velocity thin film,” Proceedings of 2015 IEEE International Ultrasonics Symposium, P4A3-5, pp.1-4, 2015/10/22, [Taipei, Taiwan]
  7. Masashi Suzuki and Takahiko Yanagitani, “Quasi-shear mode electromechanical coupling k’15 and shear wave velocity in c-axis tilted ScxAl1-xN films,” 2015 IEEE International Ultrasonics Symposium, 6G-5, 2015/10/22, [Taipei, Taiwan]
  8. F. Matsukura and S. Kakio: “Loss reduction of longitudinal-type leaky surface acoustic wave by loading with high-velocity thin film,” Jpn. J. Appl. Phys., vol.53, no.7, 07KD04, 2014.
  9. Masashi Suzuki, Takahiko Yanagitani, and Hiroyuki Odagawa, “Polarity-inverted ScAlN film growth by ion beam irradiation and application to overtone acoustic wave (000-1)/(0001) film resonators,” Appl. Phys. Lett., vol. 104, no. 17, pp. 172905, 2014.
  10. Masashi Suzuki and Takahiko Yanagitani, “RF bias induced polarity inversion of ScAlN film for overtone mode BAW resonator,” 2014 IEEE Ultrasonics Symposium, 5I-5, 2014/9/. Chicago,
  11. S. Kakio: “Acousto-optic modulator driven by surface acoustic waves,” ACTA PHYSICA POLONICA A, Vol. 127, No.1 pp.15-19, 2015.
  12. F. Matsukura, M. Uematsu, K. Hosaka, and S. Kakio: “Longitudinal-type leaky surface acoustic wave on LiNbO3 with high-velocity thin film,” Jpn. J. Appl. Phys., vol.52, no.7, pp.07HD02-1-4, (2013)
  13. S. Iwamoto, R. Saigusa, and S. Kakio: “Evaluation of piezoelectric Ta2O5 thin films deposited on sapphire substrates,” Jpn. J. Appl. Phys., vol.52, no.7, 07HD06 (2013)