高周波弾性波デバイス(SAW･BAW)の基礎と高性能化および最新動向【東京会場】

セミナー趣旨

圧電薄膜バルク波(BAW)共振子(FBARあるいはBAWR)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。FBAR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や第5世代用あるいは次の世代用高周波フィルタが要求されるなど、
ますますFBARやSAWフィルタ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・フィルタ(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のほか、
電極を基板内に埋め込むことによる8.2 GHzの3次高調波SAWの励振や圧電基板と従来の1/5厚の多層膜からなる
構造で9.5 GHzの3次の高次モードのBAWの励振に成功している。 　
本講演者は、このように、TV用SAWフィルタの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、
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。

セミナープログラム

1.　弾性体の基礎
　1-1　音波
　1-2　弾性体の結晶構造
　1-3　歪と応力の関係
　1-4　弾性定数
　　　　(スティフネス、コンプライアンス、(ポアソン比、ヤング率)）
　1-5　運動方程式
　1-6　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

2.　圧電体とは
　2-1　圧電現象
　2-2　圧電方程式(圧電定数)
　2-3　結晶構造のおける圧電定数の違い
　2-4　電気機械結合係数

3.　BAWとFBAR
　3-1　バルク波(BAW)とは
　3-2　厚みすべり振動とは
　3-3　厚み縦振動とは
　3-4　FBAR用材料
　3-5　成膜方法
　3-6　BAWやFBARの厚み振動共振子の周波数は何で決まる
　3-7　厚み振動共振子の帯域は何で決まる
　3-8　エネルギー閉じ込め振動とは
　3-9　キャビティ構造とSMRの違いは

4.　共振子とラダーフィルタ
　4-1　共振子
　4-2　ネットワークアナライザによる共振子特性の測定
　4-3　スミスチャート、動アドミタンス特性
　4-4　共振周波数、反共振周波数とは
　4-5　電気機械結合係数
　4-6　Qとは
　4-7　等価回路
　4-8　2重モードフィルタとは
　4-9　ラダーフィルタとは
　4-10　フィルタの帯域は
　4-11　帯域は何に依存する
　4-12　高周波化するには

5.　SAW
　5-1　SAWとは
　5-2　SAWとBAWの違い
　5-3　SAWの励振
　5-4　SAWの種類
　5-5　レイリー波
　5-6　漏洩弾性波
　5-7　縦波型漏洩弾性波
　5-8　セザワ波
　5-9　BGS波
　5-10　ラブ波
　5-11　層状構造弾性波
　5-12　境界波

6.　板波
　6-1　板波とBAWやSAWとの違いは
　6-2　ラム波と横波型(SH型)板波
　6-3　LiNbO3やLiTaO3薄膜を用いたデバイスの例

7.　SAWの解析方法
　7-1　Campbell－Joneの方法
　7-2　パワーフロー角

8.　SAW用材料
　8-1　セラミック(PZT等)
　8-2　薄膜(ZnO等)
　8-3　単結晶(LiTaO3、LiNbO3、水晶、LBO、ランガサイト等)

9.　SAW共振子
　9-1　SAW共振子の原理

10.　SAWフィルタの種類
　10-1　トランスバーサル型フィルタ
　10-2　縦波型共振子フィルタ
　10-3　横波型共振子フィルタ
　10-4　ラダーフィルタ

11.　近年話題のSAWデバイス
　11-1　近年要求される特性(温度特性、高Q、スプリアス等)
　11-2　異種材料基板を組み合わせたSAWデバイス
　　11-2-1　異種基板を組み合わせた温度特性の良好なSAWデバイス
　　11-2-2　異種基板とを組み合わせた高QなSAWデバイス
　11-3　広帯域弾性波デバイス
　　11-3-1　空洞型板波
　　11-3-2　音響多層膜構造SAWデバイス
　11-4　高周波弾性波デバイス
　　11-4-1　高次モードを利用したSAWデバイス
　　11-4-2　空洞型板波
　　11-4-3　音響多層膜構造SAWデバイス
　　11-4-4　高調波SAW（8.2 GHz SAW）

12.　薄膜や単結晶を用いたBAWデバイス
　12-1　空洞型BAWデバイス
　　12-1-1　AlNやScAlN膜BAW
　　12-1-2　LN薄板BAW
　　12-1-3　LT薄板BAW
　12-2　音響多層膜構造BAWデバイス
　　12-2-1　AlNやScAlN膜音響多層膜構造　
　　12-2-2　LN音響多層膜構造
　　12-2-3　LT音響多層膜構造
　12-3　高周波BAWデバイス

13.　実用化例

セミナー講師

門田　道雄　氏 東北大学 大学院工学研究科 ロボティクス専攻 シニアリサーチフェロー

略歴
東北大学工学研究科終了後、1974年村田製作所入社。1994 年東北大学より工学博士(論文)。2005年同社フェロー（役員待遇）。2013年1月同社退職。同年2月東北大学客員教授、2014年8月同特任教授。2018年4月同シニアリサーチフェロー。村田製作所在職時、世界で唯一実用化に成功した酸化亜鉛(ZnO)薄膜を用いたテレビ用弾性表面波(SAW)フィルタをはじめ（この成功がなければ今の村田製作所のSAWの事業はないという重要な実用化成功）、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るグループもある）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のほか、電極を基板内に埋め込むことによる8.2 GHzの3次高調波SAWの励振や圧電基板と従来の1/5厚の多層膜からなる構造で9.5 GHzの3次の高次モードのBAWの励振に成功している。

受賞歴
1) 第41回大河内記念技術賞受賞:
　“TV・VTR用酸化亜鉛圧電薄膜弾性表面波デバイス(フィルタ)の量産化”,1995年3月
2) 科学技術庁長官賞研究功績者賞,1997年4月
3) 第50回大河内記念技術賞受賞:
　“横波(SH)型弾性表面波を用いた超小型中間周波数用フィルタの開発と実用化”,2004年3月
4) 紫綬褒章叙勲:2005年5月
5) 秋の園遊会列席:2005年10月
6) IEEEフェロー:
　“Contributions to surface acoustic wave devices”, 2009年1月
7) 第43回市村産業賞本賞:
　“平坦化SiO2膜/Cu（高密度）電極/基板構造小型弾性表面波デュプレクサ”,2011年4月
8) 電子情報通信学会 フェロー:
　“弾性表面波デバイスの先駆的研究開発”,2011年9月
9) Outstanding Paper Award of IEEE trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Cont. in 2010 :
　“High Frequency Lamb Wave Device composed of MEMS Structure using LiNbO3 Thin Film and Air Gap”, Oct., 2011.
10) 第58回大河内記念技術賞:
　“温度特性に優れた超小型弾性表面波デュプレクサの開発と実用化”,2012年3月
11) 平成25年度全国発明表彰　朝日新聞社賞
　“温度特性の良い携帯電話用弾性表面波フィルタの発明”,2013年6月

セミナー受講料

55,000円　(Eメール案内登録価格：1名49,500円，2名55,000円，3名73,700円)
※プリント資料付、昼食付
※Eメール案内を希望されない方は、「55,000円×ご参加人数」の受講料です。
※Eメール案内(無料)を希望される方は、通常1名様55,000円から
　★1名で申込の場合、49,500円
　★2名同時申込の場合は、2名様で55,000円
　★3名同時申込の場合は、3名様で73,700円
　★4名以上同時申込の場合は、ご参加者数×22,000円

※2名様以上の同時申込は同一法人内に限ります。
※2名様以上ご参加は人数分の参加申込が必要です。
【配付資料】
プリント資料をセミナー当日に会場でお渡しします。
PDFデータの配布はありません。