圧電薄膜バルク波デバイス (BAW、FBAR) や弾性表面波 (SAW) は小形、軽量、周波数無調整、高信頼性、高周波化対応可能等の特徴を持つ。SAWの民生用への応用はテレビの映像中間周波数 (VIF) 用フィルタが最初で、その後SAWデバイスは自動車電話、コードレス電話、ペジャ用などへの応用を経て、今や携帯電話、スマートフォンに欠かせない重要な部品となっている。一方、BAWは携帯電話の普及により採用され、当時、SAWの比べて急峻な特性を持つため、急峻な特性が要求されるbandを中心に採用されるようになった。近年のスマートフォンの普及により、両デバイスは、それぞれ特徴を生かしたBandに使用されている。また近年の周波数の混雑対策として、SAWでも急峻な特性が得られるようになってきている。今後、急峻な特性と良好な温度特性をもつフィルタ特性に加え、キャリアアグリゲーションシステムの普及により、広い周波数範囲でスプリアスのないフィルタに加え、第5世代あるいはBeyond 5G用フィルタが要求されてきている。さらに、近年、7〜24 GHz帯でFR3 (Frequency Band3) が割り当てられ、この周波数帯でのBAWやSAWの研究も盛んになってきている。このように、ますますBAWやSAWフィルタの弾性波デバイスへの期待が高くなっている。
講演者は、村田製作所入社後、圧電セラミックを用いたエネルギー閉じ込め型バルク波共振子・フィラタ (BAW) の開発やSAWフィルタの開発を担当。テレビ・映像中間周波数用SAWフィルタの開発後には、その実用化のため11年間、製造現場に従事して、世界で唯一その実用化に成功した。その後、異動した開発部門では、横波型SAWの端面反射を利用した超小型ETC用フィルタ (今でもシェア100%) 及びTV用補助トラップ共振子、高密度電極と水晶を用いた温度特性良好で超小型な携帯電話用IFフィルタ、平坦化SiO2膜/高密度電極/圧電基板構造の温度特性 (いわゆるTCSAW) の良好な小型なスマートフォン用SAWデュプレクサ (このデュプレクサはその後同業にもクロスライセンスされ、世界の同業でも数多く生産されている) 等、世界初の数多くの各種弾性表面波デバイスの開発と実用化に成功。また近年、注目され始めた板波の1種のラム波 (XBARと名を変えて呼んでいつグループもある) については、15年前にいち早く注目し、世界で初めてラム波で5 GHz以上のデバイスを実現した。その論文は2010年度のIEEE UFFC transactionの最優秀論文に選ばれており、また、近年のラム波の論文のほとんどに引用されている。東北大に異動後は、圧電薄板と水晶基板を用いた高Q、ゼロTCF,スプリアスフリーのデバイスに開発や電極の微細化によらないで8 GHzの高周波SAWの励振に成功している。
本講演者は、このように、SAWの研究の黎明期から現在に至るまで、SAWの開発・実用化・製造に取り組んできている。これらの経験を活かし、弾性体や圧電体の基本的な考え方・理論、BAWやSAWの原理、BAWやSAWの種類や励振方法、それらに適した材料、それらを応用したBAWやSAW共振子、ラダーフィルタへの原理・構成方法、開発・実用化成功の秘訣、今後のBAWやSAWの技術の動向などについて講演する。
- 弾性体の基礎
- 弾性体の結晶構造
- 歪と応力の関係
- 弾性定数
- スチッフネス
- コンプライアンス
- ポアソン比
- ヤング率
- 運動方程式
- 弾性体の縦波音速、横波音速は何に依存している、どのように求める
- 圧電体とは
- 圧電現象
- 圧電方程式 (圧電定数)
- 結晶構造のおける圧電定数の違い
- 電気機械結合係数
- BAWとFBAR
- バルク波 (BAW) とは
- 厚みすべり振動とは
- 厚み縦振動とは
- BAW (FBAR) 用材料
- 成膜方法
- BAWやFBARの厚み振動共振子の周波数は何で決まる
- 厚み振動共振子の帯域は何で決まる
- エネルギー閉じ込め振動とは
- キャビティ構造とSMRの違いは
- 共振子とラダーフィルタ
- 共振子
- ネットワークアナライザによる共振子特性の測定
- スミスチャート、動アドミタンス特性
- 共振周波数、反共振周波数とは
- 電気機械結合係数
- Qとは
- 等価回路
- 2重モードフィルタとは
- ラダーフィルタとは
- フィルタの帯域は
- 帯域は何に依存する
- 高周波化するには
- SAW
- SAWとは
- SAWとBAWの違い
- SAWの励振
- SAWの種類
- レイリー波
- 漏洩弾性波
- 縦波型漏洩弾性波
- セザワ波
- BGS波
- ラブ波
- 層状構造弾性波
- 境界波
- 板波
- 板波とBAWやSAWとの違いは
- ラム波と横波型 (SH型) 板波
- LiNbO3やLiTaO3薄膜を用いたデバイスの例
- SAW用材料
- セラミック (PZT等)
- 薄膜 (ZnO等)
- 単結晶
- LiTaO3
- LiNbO3
- 水晶
- LBO
- ランガサイト等
- SAW共振子
- SAW共振子の原理
- SAWフィルタの種類
- トランスバーサル型フィルタ
- 縦波型共振子フイルタ
- 横波型共振子フィルタ
- ラダーフィルタ
- 近年話題のSAW・BAWデバイスと今後の動向
- 近年話題の異種材料接合基板を用いたデバイス
- 高周波化
- 広帯域化
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