4/22 弾性波デバイス（BAW・SAW）の基礎と最新動向

東北大学　工学研究科・シニアリサーチフェロー　工学博士　門田 道雄　氏
【専門】弾性波デバイス、超音波　
  元村田製作所フェロー　元東北大学特任教授　【講師紹介】

　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が要求されている。さらに近年、第5世代用あるいは第６世代用に加え、自動運転、ICT、FR3など5～24GHz用高周波弾性波フィルタが要求されるなど、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。

　本講演ではこれらの背景を踏まえ、弾性体・圧電体の基礎からBAW・SAWフィルタの原理・応用例や最近の動向、ならびに開発・実用化事例を交えて解説する。

1. 弾性体における音波

2. 圧電体と結晶構造

3．BAW(FBAR)及びSAW用材料
　3.1 BAW(FBAR)用材料
　　 ・多結晶薄膜　
　　 ・単結晶薄板
　3.2 弾性表面波(SAW)用材料
　　 ・圧電セラミック主にPb(Ti, Zr)O3
　　 ・圧電薄膜
　　 ・圧電単結晶

4. バルク波の振動モード:BAW (bulk acoustic wave)
　4.1 バルク波の振動モード
　4.2 薄板の厚み縦振動
　4.3 薄板の厚みすべり振動
　4.4 高次モード
　4.5 エネルギー閉じ込め型共振子

5. 共振子とフィルタ
　5.1 共振子
　5.2 ネットワークアナライザによる共振子特性の測定　
　5.3 SmithチャートS11とインピーダンス特性
　5.4 フィルタとは
　5.5 多重モードフィルタ(モノリシックフィルタ）
　5.6 ラダーフィルタ
　5.7 ラダーフィルタのデュプレサへの応用

6. 薄膜バルク波(BAW)デバイス
　6.1 キャビティ型とSMBAWR型
　6.2 多結晶膜を用いたキャビティ型BAWR(FBAR)
　6.3 多結晶膜を用いたSMBAWR
　6.4 単結晶を用いたキャビティ型BAWR
　6.5 単結晶を用いたSM型BAWR

7. 弾性表面波デバイス
　7.1 SAWとは
　7.2 SAWの励振
　7.3 すだれ状電極（IDT)
　7.4 SAWの定数
　7.5トランスバースSAWフィルタ
　7.6 SAW共振子
　7.7 多重モードSAW共振子フィルタ
　7.8 SAWラダーフィルタ

8. SAWの種類
　8.1 圧電基板単体を伝わるSAW
　　8.1.1 レイリー波、LSAW、LLSAW (2ndLSAW)
　　8.1.2 BGS波
　8.2 LSAWにおける漏洩成分の除去
　　8.2.1 ラブ(Love)波
　　8.2.2 異種基板との組み合わせ
　8.3 LLSAWにおける漏洩成分の除去
　8.4 層状構造
　　8.4.1 レイリー波とセザワ波およびその高次モード
　　8.4.2 境界波
　　8.4.3 Hetero Acoustic Layer SAW（異基板層状構造）

9. 板波
　9.1 種類
　9.2 LiNbO3薄板における板波
　　9.2.1 CDVにより成膜されたLiNbO3薄膜
　　9.2.2 単結晶LiNbO3薄板
　9.3 単結晶LiTaO3薄板における板波
　9.4 XBARとYBAR

10 . SAWデバイスの作製プロセス

11. 近年話題のSAWデバイス
　11.1 多Band化に必要とされるDuplexer
　11.2 異種材料基板を組み合わせたSAWデバイス
　11.3 広帯域弾性波デバイス

12. 高周波弾性波デバイスにむけて
　12.1 板波
　12.2 XBAR・YBAR
　12.3 SAW
　12.4 BAW

　　□質疑応答□

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